Coupling of multiscale imaging analysis and computational modeling for understanding thick cathode degradation mechanisms

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作者
Minghao Zhang,Mehdi Chouchane,S. Ali Shojaee,B. Winiarski,Zhao Liu,Letian Li,Rengarajan Pelapur,Abbos Shodiev,Weiliang Yao,Jean-Marie Doux,Shen Wang,Yixuan Li,Chaoyue Liu,Herman Lemmens,Alejandro A. Franco,Ying Shirley Meng
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:7 (1): 201-220 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.joule.2022.12.001
摘要

Using a thick NMC811 (LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2) electrode as an example, we present a macro- to nanoscale 2D and 3D imaging analysis approach coupled with 4D (space + time) computational modeling to probe its degradation mechanism in a lithium-ion battery cell. Particle cracking increases and contact loss between particles and carbon-binder domain are observed to correlate with the cell degradation. This study unravels that the reaction heterogeneity within the thick cathode caused by the unbalanced electron conduction is the main cause of the battery degradation over cycling. The increased heterogeneity in the system will entail more cathode regions where the degree of active material utilization is uneven, leading to higher probabilities of particle cracking. These findings shed light on the crucial role of the electronic and ionic transportation networks in the performance deterioration of the thick cathode. They also provide guidance for cathode architecture optimization and performance improvement.
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