Dendrite initiation and propagation in lithium metal solid-state batteries

陶瓷 复合材料 枝晶(数学) 材料科学 电解质 断裂力学 化学 数学 物理化学 电极 阳极 几何学
作者
Ziyang Ning,Guanchen Li,Dominic L. R. Melvin,Yang Chen,Junfu Bu,Dominic Spencer Jolly,Junliang Liu,Bingkun Hu,Xiangwen Gao,Johann Perera,Gong Chen,Shengda D. Pu,Shengming Zhang,Boyang Liu,Gareth O. Hartley,Andrew J. Bodey,Richard I. Todd,Patrick S. Grant,David E.J. Armstrong,T.J. Marrow,Charles W. Monroe,Peter G. Bruce
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:618 (7964): 287-293 被引量:177
标识
DOI:10.1038/s41586-023-05970-4
摘要

All-solid-state batteries with a Li anode and ceramic electrolyte have the potential to deliver a step change in performance compared with today's Li-ion batteries1,2. However, Li dendrites (filaments) form on charging at practical rates and penetrate the ceramic electrolyte, leading to short circuit and cell failure3,4. Previous models of dendrite penetration have generally focused on a single process for dendrite initiation and propagation, with Li driving the crack at its tip5-9. Here we show that initiation and propagation are separate processes. Initiation arises from Li deposition into subsurface pores, by means of microcracks that connect the pores to the surface. Once filled, further charging builds pressure in the pores owing to the slow extrusion of Li (viscoplastic flow) back to the surface, leading to cracking. By contrast, dendrite propagation occurs by wedge opening, with Li driving the dry crack from the rear, not the tip. Whereas initiation is determined by the local (microscopic) fracture strength at the grain boundaries, the pore size, pore population density and current density, propagation depends on the (macroscopic) fracture toughness of the ceramic, the length of the Li dendrite (filament) that partially occupies the dry crack, current density, stack pressure and the charge capacity accessed during each cycle. Lower stack pressures suppress propagation, markedly extending the number of cycles before short circuit in cells in which dendrites have initiated.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
大个应助Jeff采纳,获得10
1秒前
白鸽完成签到 ,获得积分10
2秒前
1461644768完成签到,获得积分10
4秒前
英姑应助杰瑞院士采纳,获得10
5秒前
万能图书馆应助杰瑞院士采纳,获得10
5秒前
6秒前
叶余完成签到,获得积分10
6秒前
8秒前
KrisTina发布了新的文献求助10
9秒前
IBMffff应助AJ采纳,获得10
9秒前
科研通AI2S应助邹修坤采纳,获得10
11秒前
秦春歌发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
12秒前
阿兀完成签到 ,获得积分10
14秒前
lisz77完成签到,获得积分10
17秒前
英俊的铭应助彩色锦程采纳,获得10
18秒前
007发布了新的文献求助10
18秒前
19秒前
Chem完成签到 ,获得积分10
19秒前
周小鱼完成签到,获得积分10
19秒前
20秒前
科研通AI2S应助郭国标采纳,获得10
21秒前
叶余发布了新的文献求助10
22秒前
KrisTina完成签到,获得积分10
22秒前
大瑶瑶发布了新的文献求助10
23秒前
科研通AI2S应助御湖采纳,获得10
27秒前
28秒前
Jaylen完成签到,获得积分10
28秒前
29秒前
Akim应助TJY采纳,获得10
31秒前
彩色锦程发布了新的文献求助10
32秒前
wangayting发布了新的文献求助10
34秒前
Jaylen发布了新的文献求助10
34秒前
皓轩完成签到 ,获得积分10
36秒前
36秒前
完美世界应助科研通管家采纳,获得10
38秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
38秒前
Orange应助科研通管家采纳,获得10
38秒前
领导范儿应助科研通管家采纳,获得10
38秒前
高分求助中
The Oxford Handbook of Social Cognition (Second Edition, 2024) 1050
Kinetics of the Esterification Between 2-[(4-hydroxybutoxy)carbonyl] Benzoic Acid with 1,4-Butanediol: Tetrabutyl Orthotitanate as Catalyst 1000
The Young builders of New china : the visit of the delegation of the WFDY to the Chinese People's Republic 1000
юрские динозавры восточного забайкалья 800
English Wealden Fossils 700
Chen Hansheng: China’s Last Romantic Revolutionary 500
Mantiden: Faszinierende Lauerjäger Faszinierende Lauerjäger 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3141127
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2792031
关于积分的说明 7801479
捐赠科研通 2448267
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1302482
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 626591
版权声明 601226