Electrochemical profiling method for diagnosis of inhomogeneous reactions in lithium-ion batteries

电化学 离子 锂(药物) 石墨 材料科学 分析化学(期刊) 化学 复合材料 电极 医学 色谱法 物理化学 内分泌学 有机化学
作者
Jaeyoung Kim,Wontae Lee,Jangwhan Seok,Sangbin Park,Joon Keun Yoon,Seung-Beom Yoon,Won‐Sub Yoon
出处
期刊:Cell reports physical science [Elsevier BV]
卷期号:4 (4): 101331-101331 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.xcrp.2023.101331
摘要

Lithium-ion batteries are being used in large-scale applications, making safety management a crucial issue. Overcharged areas created by inhomogeneous reactions can potentially induce cell degradation and failure. Despite the safety concerns, few techniques permit simple monitoring of diagnostic signals. Here, we propose electrochemical profiling to diagnose reaction inhomogeneity inside electrodes. Systematic electrochemical measurements are performed using LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 and graphite electrodes from the electrode-level to the full-cell level. Complementary synchrotron-based X-ray analyses and optical imaging are conducted. The electrode-level inhomogeneous reaction is qualitatively assessed through differential capacity (dQ/dV) curves. An anomalous dQ/dV peak appears when severe reaction inhomogeneity occurs in the negative electrode, correlating to lithium plating reactions. Furthermore, industrial-scale full-cells show a lithium plating-related dQ/dV peak near 4.1 V under conditions that lead to the most severe inhomogeneous reactions. This study proposes a non-destructive, simple, and efficient electrochemical technique that predicts the fading of batteries without requiring postmortem analysis.
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