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Investigating the Reduction of Fluoroethylene Carbonate and Vinylene Carbonate in Lithium‐Ion Cells with Silicon‐Graphite Anodes

Stockhausen, Richard 1; Gehrlein, Lydia 2; Bergfeldt, Thomas ORCID iD icon 3; Hofmann, Andreas ORCID iD icon 4; Müller, Freya Janina; Maibach, Julia 1; Hofmann, Katarzyna 5; Gordon, Ronald 1; Smith, Anna 1
1 Institut für Angewandte Materialien (IAM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
5 Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract (englisch):

The electrolyte additives fluoroethylene carbonate (FEC) and vinylene carbonate (VC) improve the lifetime of lithium-ion batteries with silicon-containing anodes by their reduction yielding a more stable solid electrolyte interphase (SEI). However, the reductive decomposition mechanism of FEC and VC has not yet been fully clarified. For this purpose, we investigate the electrolyte decomposition in LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622)/silicon-graphite pouch cells containing either 1 M LiPF6 in FEC:dimethyl carbonate (DMC) or 1 M LiPF6 in VC:DMC using high-performance liquid chromatography, gas chromatography, X-ray photoelectron spectroscopy, and inductively coupled plasma optical emission spectrometry. Based on the molar consumptions of FEC and VC, and the cumulative irreversible capacities, we show that three electrons are consumed for every reduced FEC molecule, and that one electron is consumed for every reduced VC molecule. Based on the results, reactions of the FEC reduction are proposed yielding LiF, Li2CO3, Li2C2O4, HCO2Li, and a PEO-type polymer. Furthermore, the reaction of the VC reduction is proposed yielding lithium-containing, polymerized VC. ... mehr


Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP)
Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS)
Institut für Angewandte Materialien (IAM)
Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2024
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2566-6223
KITopen-ID: 1000175278
HGF-Programm 38.02.01 (POF IV, LK 01) Fundamentals and Materials
Erschienen in Batteries & Supercaps
Verlag John Wiley and Sons
Vorab online veröffentlicht am 13.11.2024
Schlagwörter Lithium-ion battery; Silicon-graphite anode; FEC; VC; Pouch cells
Nachgewiesen in Dimensions
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