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Investigation of degradation of the aluminum current collector in lithium-ion batteries by glow-discharge optical emission spectroscopy

  • Lithium-ion batteries (LIBs) are one technology to overcome the challenges of climate and energy crisis. They are widely used in electric vehicles, consumer electronics, or as storage for renewable energy sources. However, despite innovations in batteries' components like cathode and anode materials, separators, and electrolytes, the aging mechanism related to metallic aluminum current collector degradation causes a significant drop in their performance and prevents the durable use of LIBs.[1] Glow-discharge optical emission spectroscopy (GD-OES) is a powerful method for depth-profiling of batteries' electrode materials. This work investigates aging-induced aluminum deposition on commercial lithium cobalt oxide (LCO) batteries' cathodes. The results illustrate the depth-resolved elemental distribution from the cathode surface to the current collector. An accumulation of aluminum is found on the cathode surface by GD-OES, consistent with results from energy-dispersive X-ray spectroscopyLithium-ion batteries (LIBs) are one technology to overcome the challenges of climate and energy crisis. They are widely used in electric vehicles, consumer electronics, or as storage for renewable energy sources. However, despite innovations in batteries' components like cathode and anode materials, separators, and electrolytes, the aging mechanism related to metallic aluminum current collector degradation causes a significant drop in their performance and prevents the durable use of LIBs.[1] Glow-discharge optical emission spectroscopy (GD-OES) is a powerful method for depth-profiling of batteries' electrode materials. This work investigates aging-induced aluminum deposition on commercial lithium cobalt oxide (LCO) batteries' cathodes. The results illustrate the depth-resolved elemental distribution from the cathode surface to the current collector. An accumulation of aluminum is found on the cathode surface by GD-OES, consistent with results from energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) combined with focused ion beam (FIB) cutting. In comparison to FIB-EDX, GD-OES allows a fast and manageable depth-profiling. Results from different positions on an aged cathode indicate an inhomogeneous aluminum film growth on the surface. The conclusions from these experiments can lead to a better understanding of the degradation of the aluminum current collector, thus leading to higher lifetimes of LIBs.zeige mehrzeige weniger

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  • 2023-01-29 EWCPS_Winckelmann.pdf
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Autor*innen:Alexander WinckelmannORCiD
Koautor*innen:V. Hoffmann, Dalia Morcillo, Leonardo Agudo Jacome, Robert Leonhardt, Silke Richter, Sebastian Recknagel, Carlos Enrique Abad Andrade
Dokumenttyp:Posterpräsentation
Veröffentlichungsform:Präsentation
Sprache:Englisch
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.6 Anorganische Referenzmaterialien
3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher
3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher / 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien
3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher / 3.6 Elektrochemische Energiematerialien
5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Aging mechanisms; Depth-profiling; Lithium-ion batteries
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
Energie
Energie / Elektrische Energiespeicher und -umwandlung
Material
Material / Degradation von Werkstoffen
Veranstaltung:European Winter Conference on Plasma Spectrochemistry (EWCPS 2023)
Veranstaltungsort:Ljubljana, Slovenia
Beginndatum der Veranstaltung:29.01.2023
Enddatum der Veranstaltung:03.02.2023
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:14.02.2023
Referierte Publikation:Nein
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