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Accès ouvert déclaré 2023 article

Multiscale dynamics of charging and plating in graphite electrodes coupling operando microscopy and phase-field modelling

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Rattachement africain : gb, us, it, cn. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

The phase separation dynamics in graphitic anodes significantly affects lithium plating propensity, which is the major degradation mechanism that impairs the safety and fast charge capabilities of automotive lithium-ion batteries. In this study, we present comprehensive investigation employing operando high-resolution optical microscopy combined with non-equilibrium thermodynamics implemented in a multi-dimensional (1D+1D to 3D) phase-field modeling framework to reveal the rate-dependent spatial dynamics of phase separation and plating in graphite electrodes. Here we visualize and provide mechanistic understanding of the multistage phase separation, plating, inter/intra-particle lithium exchange and plated lithium back-intercalation phenomena. A strong dependence of intra-particle lithiation heterogeneity on the particle size, shape, orientation, surface condition and C-rate at the particle level is observed, which leads to early onset of plating spatially resolved by a 3D image-based phase-field model. Moreover, we highlight the distinct relaxation processes at different state-of-charges (SOCs), wherein thermodynamically unstable graphite particles undergo a drastic intra-particle lithium redistribution and inter-particle lithium exchange at intermediate SOCs, whereas the electrode equilibrates much slower at low and high SOCs. These physics-based insights into the distinct SOC-dependent relaxation efficiency provide new perspective towards developing advanced fast charge protocols to suppress plating and shorten the constant voltage regime.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Multiscale dynamics of charging and plating in graphite electrodes coupling operando microscopy and phase-field modelling
Date Crossref
24/08/2023
Éditeur
Springer Science and Business Media LLC
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

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