Size-Dependent Chemomechanical Failure of Sulfide Solid Electrolyte Particles during Electrochemical Reaction with Lithium

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作者
Jun Zhao,Chao Zhao,Jianping Zhu,Xiangsi Liu,Jingming Yao,Bo Wang,Qiushi Dai,Zaifa Wang,Jingzhao Chen,Peng Jia,Yanshuai Li,Stephen J. Harris,Yong Yang,Yongfu Tang,Liqiang Zhang,Feng Ding,Jianyu Huang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (1): 411-418 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.1c04076
摘要

The very high ionic conductivity of Li10GeP2S12 (LGPS) solid electrolyte (SE) makes it a promising candidate SE for solid-state batteries in electrical vehicles. However, chemomechanical failure, whose mechanism remains unclear, has plagued its widespread applications. Here, we report in situ imaging lithiation-induced failure of LGPS SE. We revealed a strong size effect in the chemomechanical failure of LGPS particles: namely, when the particle size is greater than 3 μm, fracture/pulverization occurred; when the particle size is between 1 and 3 μm, microcracks emerged; when the particle size is less than 1 μm, no chemomechanical failure was observed. This strong size effect is interpreted by the interplay between elastic energy storage and dissipation. Our finding has important implications for the design of high-performance LGPS SE, for example, by reducing the particle size to less than 1 μm the chemomechanical failure of LGPS SE can be mitigated.
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