Selecting the Best Graphite for Long-Life, High-Energy Li-Ion Batteries

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作者
Chengyu Mao,Marissa Wood,Lamuel David,Seong Jin An,Yangping Sheng,Zhijia Du,Harry M. Meyer,Rose E. Ruther,David L. Wood
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:165 (9): A1837-A1845 被引量:87
标识
DOI:10.1149/2.1111809jes
摘要

Most lithium-ion batteries still rely on intercalation-type graphite materials for anodes, so it is important to consider their role in full cells for applications in electric vehicles. Here, we systematically evaluate the chemical and physical properties of six commercially-available natural and synthetic graphites to establish which factors have the greatest impact on the cycling stability of full cells with nickel-rich LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811) cathodes. Electrochemical data and post-mortem characterization explain the origin of capacity fade. The NMC811 cathode shows large irreversible capacity loss and impedance growth, accounting for much of full cell degradation. However, six graphite anodes demonstrate significant differences with respect to structural change, surface area, impedance growth, and SEI chemistry, which impact overall capacity retention. We found long cycle life correlated most strongly with stable graphite crystallite size. In addition, graphites with lower surface area generally had higher coulombic efficiencies during formation cycles, which led to more stable long-term cycling. The best graphite screened here enables a capacity retention around 90% in full pouch cells over extensive long-term cycling compared to only 82% for cells with the lowest performing graphite. The results show that optimal graphite selection improves cycling stability of high energy lithium-ion cells.
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