Cracking predictions of lithium-ion battery electrodes by X-ray computed tomography and modelling

电极 材料科学 锂离子电池 开裂 空隙(复合材料) 电池(电) 分离器(采油) 微观结构 电化学 断裂(地质) 复合材料 化学 功率(物理) 物理化学 物理 热力学 量子力学
作者
Adam M. Boyce,Emilio Martínez‐Pañeda,Aaron Wade,Ye Shui Zhang,Josh J. Bailey,Thomas M. M. Heenan,Dan J. L. Brett,Paul R. Shearing
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:526: 231119-231119 被引量:120
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231119
摘要

Fracture of lithium-ion battery electrodes is found to contribute to capacity fade and reduce the lifespan of a battery. Traditional fracture models for batteries are restricted to consideration of a single, idealised particle; here, advanced X-ray computed tomography (CT) imaging, an electro-chemo-mechanical model and a phase field fracture framework are combined to predict the void-driven fracture in the electrode particles of a realistic battery electrode microstructure. The electrode is shown to exhibit a highly heterogeneous electrochemical and fracture response that depends on the particle size and distance from the separator/current collector. The model enables prediction of increased cracking due to enlarged cycling voltage windows, cracking susceptibility as a function of electrode thickness, and damage sensitivity to discharge rate. This framework provides a platform that facilitates a deeper understanding of electrode fracture and enables the design of next-generation electrodes with higher capacities and improved degradation characteristics.
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