The interplay between stack pressure, mechanical expansion and degradation pathways in lithium-ion batteries

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作者
Heng Wang,Rui Wang,Christopher A. O’Keefe,Erik Björklund,Daniela Proprentner,Joe C. Stallard,Hwee Jien Tan,Wesley M. Dose,Louis F. J. Piper,Robert S. Weatherup,Angkur J. D. Shaikeea,Clare P. Grey,Michaël De Volder
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:11 (7): 1032-1042 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41560-026-02087-6
摘要

Abstract While electrochemical degradation mechanisms in lithium-ion batteries are well studied, the influence of mechanical factors remains poorly understood. Here we introduce a high-precision stack-pressure control and dilatometry tool to apply a uniform and constant stack pressure on electrodes independent of electrode swelling. By increasing stack pressure fourfold over typical initial values, we double the lifetime of graphite ‖ LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 cells, an industrially relevant battery chemistry, without altering active materials or electrolytes. This suggests that many lithium-ion batteries operate under sub-optimal stack-pressure conditions, leading to curtailed lifetimes. We demonstrate that different degradation mechanisms emerge outside the optimal pressure window: low stack pressure accelerates cathode cracking, whereas high pressure promotes lithium plating. Our findings highlight coupled mechanical–electrochemical degradation mechanisms and identify stack-pressure optimization as a practical solution for increasing cycling stability.
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