Microstructural Evolution of Battery Electrodes During Calendering

压延 材料科学 电极 复合材料 电池(电) 多孔性 微观结构 阴极 电解质 法律工程学 电气工程 功率(物理) 化学 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Xuekun Lu,Sohrab R. Daemi,Antonio Bertei,Matthew D. R. Kok,Kieran O’Regan,Lara Rasha,Juyeon Park,Gareth Hinds,Emma Kendrick,Dan J. L. Brett,Paul R. Shearing
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:4 (12): 2746-2768 被引量:171
标识
DOI:10.1016/j.joule.2020.10.010
摘要

Summary Calendering is a crucial manufacturing process in the optimization of battery performance and lifetime due to its significant effect on the 3D electrode microstructure. By conducting an in situ calendering experiment on lithium-ion battery cathodes using X-ray nano-computed tomography, here we show that the electrodes composed of large particles with a broad size distribution experience heterogeneous microstructural self-arrangement. At high C-rates, the performance is predominantly restricted by sluggish solid-state diffusion, which is exacerbated by calendering due to the increased microstructural and lithiation heterogeneity, leading to active material underutilization. In contrast, electrodes consisting of small particles are structurally stable with more homogeneous deformation and a lower tortuosity, showing a much higher rated capacity that is less sensitive to calendering densification. Finally, the dependence of performance on the dual variation of both porosity and electrode thickness is investigated to provide new insights into the microstructural optimization for different applications in electrode manufacturing.
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