The shift to sustainable energy is critical due to the finite nature of fossil fuels and their contribution to greenhouse gas emissions. Battery electric vehicles (EV) are pivotal in this transition, but their widespread adoption is hindered by many factors mainly related to battery cost, safety, durability and driving range. One technology solution offering a good balance between various attributes is lithium-ion battery with high nickel LiNi_xMn_yCo_{1-x- y}O₂ (NMC) cathodes. The primary problem so far is the lack of a comprehensive understanding of how EV usage scenarios affect the degradation of different cell chemistries. Existing studies often use inconsistent experimental settings, leading to fragmented insights. This research aims to fill this gap by developing a systematic methodology to investigate the degradation mechanisms of high nickel LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂ batteries under various usage conditions and proposes optimized usage strategies, thereby enabling more reliable predictions of battery life of EVs and improving their user experience. We utilized a 3-electrode cell configuration and conducted cycling experiments mirroring real-world customer behaviors while focusing on two temperatures (25°C and 40°C), three state of charge (SOC) windows (0-100%, 30%-90%, and 10%-70%), and two NMC compositions (NMC622 and NMC811). Techniques such as Incremental Capacity Analysis (ICA), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Direct Current Internal Resistance (DCIR) and Scanning Electron Microscopy (SEM) were used to correlate external conditions with internal battery performance of capacity, resistance, impedance, active material phase transitions and surface micro-cracking. Results indicate that batteries with higher Ni content exhibit more sensitivity to temperature and SOC. But both show the same trend that the batteries using 30%-90% SoC range generally outperformed the full SOC range at room temperature, while the optimized 10%-70% SOC range presented the superior stability compared to the other SOC range under high temperatures, suggesting better performance in extreme environments. Additionally, larger degradation found to be correlated with significant phase transformations and increased resistance and impedance, validating the corresponding relationship between these results and the effectiveness of employed techniques for durability assessments. This research provides a framework for optimizing high nickel LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂ battery usage in battery electric vehicles, and the finding offers valuable insights for both academic research and the electric vehicle industry, enhancing their durability and commercial viability.

Skiftet till hållbar energi är avgörande på grund av de begränsade naturresurserna av fossila bränslen och deras bidrag till utsläppen av växthusgaser. Batterielektriska fordon är centrala i denna övergång, men deras utbredda användning hämmas av många faktorer som främst rör batterikostnad, säkerhet, hållbarhet och körsträcka. En tekniklösning som erbjuder en bra balans mellan olika egenskaper är litiumjonbatterier med högnickelkathoder av typen LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂. Huvudproblemet hittills är bristen på en omfattande förståelse för hur olika användningsscenarier för EV påverkar nedbrytningen av olika cellkemier. Befintliga studier använder ofta inkonsekventa experimentella inställningar, vilket leder till fragmenterade insikter. Denna forskning syftar till att fylla denna lucka genom att utveckla en systematisk metod för att undersöka nedbrytningsmekanismerna hos högnickelbatterier av typen LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂ under olika användningsförhållanden och föreslår optimerade användningsstrategier, vilket möjliggör mer tillförlitliga prognoser för batterilivslängden i elektriska fordon och förbättrar deras användarupplevelse. Vi använde en trelektrodskonfiguration och genomförde cyklingsexperiment som speglar verkliga kundbeteenden med fokus på två temperaturer (25°C och 40°C), tre laddningsfönster (0-100%, 30%-90% och 10%-70%) och två NMC-sammansättningar (NMC622 och NMC811). Tekniker som inkrementell kapacitetsanalys, elektrokemisk impedansspektroskopi, likströmsinre motstånd och svepelektronmikroskopi användes för att korrelera yttre förhållanden med batteriprestanda i form av kapacitet, motstånd, impedans, fasomvandlingar i aktivt material och yt-mikrosprickor. Resultaten visar att batterier med högre nickelhalt är mer känsliga för temperatur och SOC. Men båda visade samma trend där batterier som använde 30%-90% laddningsfönster generellt presterade bättre än det fulla laddningsfönstret vid rumstemperatur, medan det optimerade 10%-70% laddningsfönstret uppvisade överlägsen stabilitet jämfört med andra laddningsfönster vid höga temperaturer, vilket tyder på bättre prestanda i extrema miljöer. Dessutom visade sig större nedbrytning vara korrelerad med betydande fasomvandlingar samt ökat motstånd och impedans, vilket bekräftar sambandet mellan dessa resultat och effektiviteten hos de tekniker som användes för hållbarhetsbedömningar. Denna forskning tillhandahåller en ram för att optimera användningen av högnickelbatterier av typen LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂ i batterielektriska fordon, och resultaten erbjuder värdefulla insikter för både akademisk forskning och elfordonsindustrin, vilket förbättrar deras hållbarhet och kommersiella livskraft.