Cycling Rate-Induced Spatially-Resolved Heterogeneities in Commercial Cylindrical Li-Ion Batteries.
Li-ion batteries
X-ray diffraction computed tomography
diffraction
tomography
Journal
Small methods
ISSN: 2366-9608
Titre abrégé: Small Methods
Pays: Germany
ID NLM: 101724536
Informations de publication
Date de publication:
Sep 2021
Sep 2021
Historique:
revised:
29
06
2021
received:
14
05
2021
entrez:
20
12
2021
pubmed:
21
12
2021
medline:
21
12
2021
Statut:
ppublish
Résumé
Synchrotron high-energy X-ray diffraction computed tomography has been employed to investigate, for the first time, commercial cylindrical Li-ion batteries electrochemically cycled over the two cycling rates of C/2 and C/20. This technique yields maps of the crystalline components and chemical species as a cross-section of the cell with high spatiotemporal resolution (550 × 550 images with 20 × 20 × 3 µm
Identifiants
pubmed: 34928070
doi: 10.1002/smtd.202100512
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2100512Subventions
Organisme : Innovate UK Analysis for Innovators (A4i)
ID : 106003
Organisme : EPSRC
ID : EP/S016481/1
Organisme : EPSRC
ID : EP/R026939/1
Organisme : JUICED energy Hub
ID : EP/R023662/1
Informations de copyright
© 2021 The Authors. Small Methods published by Wiley-VCH GmbH.
Références
V. Etacheri, R. Marom, R. Elazari, G. Salitra, D. Aurbach, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3243.
G. Zubi, R. Dufo-López, M. Carvalho, G. Pasaoglu, Renewable Sustainable Energy Rev. 2018, 89, 292.
M. Li, J. Lu, Z. Chen, K. Amine, Adv. Mater. 2018, 30, 1800561.
J. Xu, F. Lin, M. M. Doeff, W. Tong, J. Mater. Chem. A 2017, 5, 874.
A. Kraytsberg, Y. Ein-Eli, Adv. Energy Mater. 2012, 2, 922.
N. Nitta, F. Wu, J. T. Lee, G. Yushin, Mater. Today 2015, 18, 252.
P. P. R. M. L. Harks, F. M. Mulder, P. H. L. Notten, J. Power Sources 2015, 288, 92.
F. C. Strobridge, B. Orvananos, M. Croft, H.-C. Yu, R. Robert, H. Liu, Z. Zhong, T. Connolley, M. Drakopoulos, K. Thornton, C. P. Grey, Chem. Mater. 2015, 27, 2374.
K. Romanenko, P. W. Kuchel, A. Jerschow, Chem. Mater. 2020, 32, 2107.
K. Suzuki, A. Suzuki, T. Ishikawa, M. Itou, H. Yamashige, Y. Orikasa, Y. Uchimoto, Y. Sakurai, H. Sakurai, J. Synchrotron Radiat. 2017, 24, 1006.
S. -M. Bak, Z. Shadike, R. Lin, X. Yu, X.-Q. Yang, NPG Asia Mater. 2018, 10, 563.
Y. Zhang, Z. Yang, C. Tian, J. Mater. Chem. A 2019, 7, 23628.
Y. Yuan, K. Amine, J. Lu, R. Shahbazian-Yassar, Nat. Commun. 2017, 8, 15806.
J. Liu, M. Kunz, K. Chen, N. Tamura, T. J. Richardson, J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2120.
M. Ebner, F. Marone, M. Stampanoni, V. Wood, Science 2013, 342, 716.
K. M. Ø. Jensen, X. Yang, J. V. Laveda, W. G. Zeier, K. A. See, M. Di Michiel, B. C. Melot, S. A. Corr, S. J. L. Billinge, J. Electrochem. Soc. 2015, 162, A1310.
T. Sasaki, C. Villevieille, Y. Takeuchi, P. Novák, Adv. Sci. 2015, 2, 1500083.
J. Wang, Yu-C Karen Chen-Wiegart, C. Eng, Q. Shen, J. Wang, Nat. Commun. 2016, 7, 12372.
J. Lim, Y. Li, D. H. Alsem, H. So, S. C. Lee, P. Bai, D. A. Cogswell, X. Liu, N. Jin, Y.-S. Yu, N. J. Salmon, D. A. Shapiro, M. Z. Bazant, T. Tyliszczak, W. C. Chueh, Science 2016, 353, 566.
P. Pietsch, M. Hess, W. Ludwig, J. Eller, V. Wood, Sci. Rep. 2016, 6, 27994.
P. Pietsch, V. Wood, Annu. Rev. Mater. Res. 2017, 47, 451.
Y. Xu, E. Hu, K. Zhang, X. Wang, V. Borzenets, Z. Sun, P. Pianetta, X. Yu, Y. Liu, X.-Q. Yang, H. Li, ACS Energy Lett. 2017, 2, 1240.
Y.-S. Yu, M. Farmand, C. Kim, Y. Liu, C. P. Grey, F. C. Strobridge, T. Tyliszczak, R. Celestre, P. Denes, J. Joseph, H. Krishnan, F. R. N. C. Maia, A. L. D Kilcoyne, S. Marchesini, T. P. C. Leite, T. Warwick, H. Padmore, J. Cabana, D. A. Shapiro, Nat. Commun. 2018, 9, 921.
M. J. Mühlbauer, A. Schökel, M. Etter, V. Baran, A. Senyshyn, J. Power Sources 2018, 403, 49.
X. Yu, Z. Feng, Y. Ren, D. Henn, Z. Wu, K. An, B. Wu, C. Fau, C. Li, S. J. Harris, J. Electrochem. Soc. 2018, 165, A1578.
C. Tian, Y. Xu, D. Nordlund, F. Lin, J. Liu, Z. Sun, Y. Liu, M. Doeff, Joule 2018, 2, 464.
V. Wood, Nat. Rev. Mater. 2018, 3, 293.
H. Liu, S. Kazemiabnavi, A. Grenier, G. Vaughan, M. Di Michiel, B. J. Polzin, K. Thornton, K. W. Chapman, P. J. Chupas, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 18386.
D. P. Finegan, A. Vamvakeros, L. Cao, C. Tan, T. M. M. Heenan, S. R. Daemi, S. D. M. Jacques, A. M. Beale, M. Di Michiel, K. Smith, D. J. L. Brett, P. R. Shearing, C. Ban, Nano Lett. 2019, 19, 3811.
D. P. Finegan, A. Vamvakeros, C. Tan, T. M. M. Heenan, S. R. Daemi, N. Seitzman, M. Di Michiel, S. Jacques, A. M. Beale, D. J. L. Brett, P. R. Shearing, K. Smith, Nat. Commun. 2020, 11, 631.
T. M. M. Heenan, C. Tan, J. Hack, D. J. L. Brett, P. R. Shearing, Mater. Today 2019, 31, 69.
R. F. Ziesche, T. Arlt, D. P. Finegan, T. M. M. Heenan, A. Tengattini, D. Baum, N. Kardjilov, H. Markötter, I. Manke, W. Kockelmann, D. J. L. Brett, P. R. Shearing, Nat. Commun. 2020, 11, 777.
S. Müller, M. Lippuner, M. Verezhak, V. De Andrade, F. De Carlo, V. Wood, Adv. Energy Mater. 2020, 10, 1904119.
Y. Kimura, A. Tomura, M. Fakkao, T. Nakamura, N. Ishiguro, O. Sekizawa, K. Nitta, T. Uruga, T. Okumura, M. Tada, Y. Uchimoto, K. Amezawa, J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 3629.
Y. Kimura, M. Fakkao, T. Nakamura, T. Okumura, N. Ishiguro, O. Sekizawa, K. Nitta, T. Uruga, M. Tada, Y. Uchimoto, K. Amezawa, ACS Appl. Energy Mater. 2020, 3, 7782.
T. M. M. Heenan, D. P. Finegan, B. Tjaden, X. Lu, F. Iacoviello, J. Millichamp, D. J. L. Brett, P. R. Shearing, Nano Energy 2018, 47, 556.
A. Pfrang, A. Kersys, A. Kriston, D. U. Sauer, C. Rahe, S. Käbitz, E. Figgemeier, J. Power Sources 2018, 392, 168.
X. Lu, A. Bertei, D. P. Finegan, C. Tan, S. R. Daemi, J. S. Weaving, K. B. O'regan, T. M. M. Heenan, G. Hinds, E. Kendrick, D. J. L. Brett, P. R. Shearing, Nat. Commun. 2020, 11, 2079.
N. Sharma, V. K. Peterson, M. M. Elcombe, M. Avdeev, A. J. Studer, N. Blagojevic, R. Yusoff, N. Kamarulzaman, J. Power Sources 2010, 195, 8258.
X.-L. Wang, K. An, L. Cai, Z. Feng, S. E. Nagler, C. Daniel, K. J. Rhodes, A. D. Stoica, H. D. Skorpenske, C. Liang, W. Zhang, J. Kim, Y. Qi, S. J. Harris, Sci. Rep. 2012, 2, 747.
H. Zhou, K. An, S. Allu, S. Pannala, J. Li, H. Z. Bilheux, S. K. Martha, J. Nanda, ACS Energy Lett. 2016, 1, 981.
C. Von Lüders, V. Zinth, S. V. Erhard, P. J. Osswald, M. Hofmann, R. Gilles, A. Jossen, J. Power Sources 2017, 342, 17.
N. Paul, J. Keil, F. M. Kindermann, S. Schebesta, O. Dolotko, M. J. Mühlbauer, L. Kraft, S. V. Erhard, A. Jossen, R. Gilles, J. Energy Storage 2018, 17, 383.
S. Schweidler, L. De Biasi, A. Schiele, P. Hartmann, T. Brezesinski, J. Janek, J. Phys. Chem. C 2018, 122, 8829.
J. K. Mathiesen, R. E. Johnsen, A. S. Blennow, P. Norby, Carbon 2019, 153, 347.
D. R. Sørensen, M. Heere, J. Zhu, M. S. D. Darma, S. M. Zimnik, M. J. Mühlbauer, L. Mereacre, V. Baran, A. Senyshyn, M. Knapp, H. Ehrenberg, ACS Appl. Energy Mater. 2020, 3, 6611.
J. Zhu, M. Knapp, D. R. Sørensen, M. Heere, M. S. D. Darma, M. Müller, L. Mereacre, H. Dai, A. Senyshyn, X. Wei, H. Ehrenberg, J. Power Sources 2021, 489, 229422.
V. Kochetov, M. J. Mühlbauer, A. Schökel, T. Fischer, T. Müller, M. Hofmann, P. Staron, U. Lienert, W. Petry, A. Senyshyn, J. Phys.: Condens. Matter 2020, 33, 105901.
M. J. Mühlbauer, D. Petz, V. Baran, O. Dolotko, M. Hofmann, R. Kostecki, A. Senyshyn, J. Power Sources 2020, 475, 228690.
D. Petz, M. J. Mühlbauer, V. Baran, M. Frost, A. Schökel, C. Paulmann, Y. Chen, D. Garcés, A. Senyshyn, J. Power Sources 2020, 448, 227466.
A. Senyshyn, M. J. Mühlbauer, O. Dolotko, M. Hofmann, H. Ehrenberg, Sci. Rep. 2015, 5, 18380.
D. S. Wragg, M. G. O'brien, M. Di Michiel, F. Lønstad-Bleken, J. Appl. Crystallogr. 2015, 48, 1719.
A. Vamvakeros, S. D. M. Jacques, M. Di Michiel, D. Matras, V. Middelkoop, I. Z. Ismagilov, E. V. Matus, V. V. Kuznetsov, J. Drnec, P. Senecal, A. M. Beale, Nat. Commun. 2018, 9, 4751.
N. K. Wittig, J. Palle, M. Østergaard, S. Frølich, M. E. Birkbak, K. M. Spiers, J. Garrevoet, H. Birkedal, ACS Nano 2019, 13, 12949.
J. Sottmann, M. Di Michiel, H. Fjellvåg, L. Malavasi, S. Margadonna, P. Vajeeston, G. B. M. Vaughan, D. S. Wragg, Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 11385.
A. Vamvakeros, A. A. Coelho, D. Matras, H. Dong, Y. Odarchenko, S. W. T. Price, K. T. Butler, O. Gutowski, A. -C. Dippel, M. Zimmermann, I. Martens, J. Drnec, A. M. Beale, S. D. M. Jacques, J. Appl. Crystallogr. 2020, 53, 1531.
M. J. Mühlbauer, O. Dolotko, M. Hofmann, H. Ehrenberg, A. Senyshyn, J. Power Sources 2017, 348, 145.
A. Senyshyn, M. J. Mühlbauer, O. Dolotko, M. Hofmann, T. Pirling, H. Ehrenberg, J. Power Sources 2014, 245, 678.
D. Matras, A. Vamvakeros, S. D. M. Jacques, M. Di Michiel, V. Middelkoop, I. Z. Ismagilov, E. V. Matus, V. V. Kuznetsov, R. J. Cernik, A. M. Beale, J. Mater. Chem. A 2021, 9, 11331.
C. D. Rahn, C. Y. Wang, Battery Systems Engineering, Wiley, West Sussex, UK 2013.
A. A. Franco, A. Rucci, D. Brandell, C. Frayret, M. Gaberscek, P. Jankowski, P. Johansson, Chem. Rev. 2019, 119, 4569.
A. Mistry, K. Smith, P. P. Mukherjee, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 16359.
H. Xu, J. Zhu, D. P. Finegan, H. Zhao, X. Lu, W. Li, N. Hoffman, A. Bertei, P. Shearing, M. Z. Bazant, Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2003908.
M.-C. Pang, K. Yang, R. Brugge, T. Zhang, X. Liu, F. Pan, S. Yang, A. Aguadero, B. Wu, M. Marinescu, H. Wang, G. J. Offer, Mater. Today 2021, https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.02.011.
A. Vamvakeros, S. D. M. Jacques, M. Di Michiel, P. Senecal, V. Middelkoop, R. J. Cernik, A. M. Beale, J. Appl. Crystallogr. 2016, 49, 485.
A. Vamvakeros, S. D. M. Jacques, M. Di Michiel, V. Middelkoop, C. K. Egan, R. J. Cernik, A. M. Beale, J. Appl. Crystallogr. 2015, 48, 1943.
G. Ashiotis, A. Deschildre, Z. Nawaz, J. P. Wright, D. Karkoulis, F. E. Picca, J. Kieffer, J. Appl. Crystallogr. 2015, 48, 510.
A. Vamvakeros, nDTomo Software Suite. 2018, https://github.com/antonyvam/nDTomo.
P. J. Linstrom, W. G. Mallard, NIST Chemistry WebBook. NIST Stand. Ref. Database Number 69, https://doi.org/10.18434/T4D303.
A. Vamvakeros, D. Matras, S. D. M. Jacques, M. Di Michiel, V. Middelkoop, P. Cong, S. W. T. Price, C. L. Bull, P. Senecal, A. M. Beale, Catal. Today 2021, 364, 242.