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Virtual Electrode Design for Lithium-Ion Battery Cathodes

Joos, Jochen 1; Buchele, Alexander 1; Schmidt, Adrian 1; Weber, André ORCID iD icon 1; Ivers-Tiffée, Ellen 1
1 Institut für Angewandte Materialien - Werkstoffe der Elektrotechnik (IAM-WET), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Microstructural characteristics of lithium‐ion battery cathodes determine their performance. Thus, modern simulation tools are increasingly important for the custom design of multiphase cathodes. This work presents a new method for generating virtual, yet realistic cathode microstructures. A precondition is a 3D template of a commercial cathode, reconstructed via focused ion beam/scanning electron microscopy (FIB/SEM) tomography and appropriate algorithms. The characteristically shaped micrometer‐sized active material (AM) particles and agglomerates of nano‐sized carbon‐binder (CB) particles are individually extracted from the voxel‐based templates. Thereby, a library of roughly 1100 AM particles and 20 CB agglomerates is created. Next, a virtual cathode microstructure is predefined, and representative sets of AM particles and CB agglomerates are built. The following re‐assembly of AM particles within a predefined volume box works using dropping and rolling algorithms. Thereby, one can generate cathodes with specified characteristics, such as the volume fraction of AM, CB and pore space, particle‐size distributions, and gradients thereof. ... mehr


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000129551
Veröffentlicht am 10.02.2021
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1002/ente.202000891
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Zitationen: 12
Web of Science
Zitationen: 15
Dimensions
Zitationen: 17
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Elektrochemische Technologien (IAM-ET1)
Institut für Angewandte Materialien - Werkstoffe der Elektrotechnik (IAM-WET)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 06.2021
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2194-4288, 2194-4296
KITopen-ID: 1000129551
Erschienen in Energy technology
Verlag Wiley-VCH Verlag
Band 9
Heft 6
Seiten Art.-Nr.: 2000891
Vorab online veröffentlicht am 14.01.2021
Nachgewiesen in Dimensions
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