Growth of the solid-electrolyte interphase: Electron diffusion versus solvent diffusion

扩散 电解质 溶剂 阳极 电子 化学物理 化学 相间 离子 热力学 物理化学 有机化学 电极 物理 量子力学 遗传学 生物
作者
Lukas Köbbing,Arnulf Latz,Birger Horstmann
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:561: 232651-232651 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2023.232651
摘要

The solid-electrolyte interphase (SEI) substantially influences the lifetime of lithium-ion batteries. Nevertheless, the transport mechanism responsible for the long-term growth of the SEI remains controversial. This study aims at discussing the characteristic time and state-of-charge dependence of SEI growth mediated by electron diffusion versus solvent diffusion. We describe both transport mechanisms with continuum models and compare them to experimental results. We show that electron diffusion can explain both the observed state-of-charge dependence and the time dependence. In contrast, we demonstrate that solvent diffusion can reproduce either the state-of-charge dependence or the time dependence of capacity fade. There is no intermediate regime where solvent diffusion can explain both dependencies simultaneously. Furthermore, we emphasize the crucial role of anode voltage and state-of-charge on SEI growth in general. Due to self-discharge, this dependence can explain deviations from the typical square-root behavior in the time domain. We conclude that electron diffusion is the relevant process leading to the state-of-charge dependent SEI growth. Further experiments are needed to investigate the reason for contributions to the capacity fade that are independent of the state-of-charge.
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