Probing Degradation in Lithium Ion Batteries with On‐Chip Electrochemistry Mass Spectrometry**

电解质 电池(电) 锂(药物) 电化学 质谱法 阴极 材料科学 化学 纳米技术 电极 色谱法 功率(物理) 物理化学 内分泌学 物理 医学 量子力学
作者
Daisy B. Thornton,Bethan J. V. Davies,Søren B. Scott,Ainara Aguadero,Mary P. Ryan,Ifan E. L. Stephens
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (6) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/anie.202315357
摘要

Abstract The rapid uptake of lithium ion batteries (LIBs) for large scale electric vehicle and energy storage applications requires a deeper understanding of the degradation mechanisms. Capacity fade is due to the complex interplay between phase transitions, electrolyte decomposition and transition metal dissolution; many of these poorly understood parasitic reactions evolve gases as a side product. Here we present an on‐chip electrochemistry mass spectrometry method that enables ultra‐sensitive, fully quantified and time resolved detection of volatile species evolving from an operating LIB. The technique's electrochemical performance and mass transport is described by a finite element model and then experimentally used to demonstrate the variety of new insights into LIB performance. We show the versatility of the technique, including (a) observation of oxygen evolving from a LiNiMnCoO 2 cathode and (b) the solid electrolyte interphase formation reaction on graphite in a variety of electrolytes, enabling the deconvolution of lithium inventory loss (c) the first direct evidence, by virtue of the improved time resolution of our technique, that carbon dioxide reduction to ethylene takes place in a lithium ion battery. The emerging insight will guide and validate battery lifetime models, as well as inform the design of longer lasting batteries.
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