Mechanical damages in solid electrolyte battery due to electrode volume changes

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作者
Bentang Arief Budiman,Andy Saputro,Samuel Rahardian,Muhammad Aziz,Poetro Lebdo Sambegoro,Ignatius Pulung Nurprasetio
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:52: 104810-104810 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.est.2022.104810
摘要

Mechanical damages in solid electrolytes of solid-state battery (SSB) during the charging-discharging process remain a challenging issue for battery implementation. This paper demonstrates a numerical simulation of the damages in Li10GeP2S12 (LGPS) solid electrolyte of SSB due to compressive loading generated by electrode volume changes. Three models of anode/electrolyte/cathode arrangements were examined numerically with different expansion-shrinkage behavior. Crack formation inside the electrolyte models was realized by inserting cohesive elements, following traction-separation law. The result shows that when the cathode shrunk and the anode expanded, as occurs in NCM/LGPS/In configuration, the mechanical damages inside the LGPS solid electrolyte are more severe. Due to high-stress generation, there is a plastic deformation in the electrolyte and debonding at the electrode-electrolyte interface. The cracks also appear in both center and edge of the electrolyte because of high-stress concentration. These cracks do not occur when Li4Ti5O12 (LTO) anode with a very low expansion rate is used. This finding confirms that SSB was prone to mechanical damages due to expansion-shrinkage behavior in the electrodes, meaning that the mechanical strength of SSB material constituents must be considered in designing long-lasting SSB.
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