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
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:618 (7964): 287-293 被引量:530
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
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
过时的元风完成签到 ,获得积分10
1秒前
zhangxiaoqing完成签到,获得积分10
3秒前
CHEN完成签到 ,获得积分10
9秒前
术语完成签到 ,获得积分10
9秒前
智海瑞完成签到,获得积分10
14秒前
11完成签到,获得积分20
21秒前
dashi完成签到,获得积分10
23秒前
liuyepiao完成签到,获得积分10
26秒前
xiangzq完成签到,获得积分10
28秒前
优雅含莲完成签到 ,获得积分0
30秒前
爱学习的熊猫完成签到 ,获得积分10
32秒前
seekingalone完成签到,获得积分10
32秒前
SciGPT应助Wen采纳,获得10
33秒前
chemstation完成签到,获得积分10
34秒前
XCai完成签到,获得积分10
44秒前
Boring完成签到,获得积分10
45秒前
新帅完成签到,获得积分10
48秒前
莱特沐恩完成签到 ,获得积分10
48秒前
Keyuuu30完成签到,获得积分0
48秒前
米线儿完成签到,获得积分10
49秒前
49秒前
科研王子完成签到 ,获得积分10
55秒前
hahaha完成签到 ,获得积分10
55秒前
55秒前
ines完成签到 ,获得积分10
57秒前
木香完成签到,获得积分10
57秒前
ljhwahaha完成签到,获得积分10
59秒前
眯眯眼的黎昕完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
zk092988完成签到,获得积分10
1分钟前
奋斗的妙海完成签到 ,获得积分0
1分钟前
单纯乘风完成签到,获得积分10
1分钟前
GTR的我完成签到 ,获得积分10
1分钟前
走过的风发布了新的文献求助10
1分钟前
hkkogcu7449oi完成签到,获得积分10
1分钟前
贝贝完成签到 ,获得积分10
1分钟前
fqlpeter完成签到,获得积分10
1分钟前
丨墨月丨完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
xyzlancet完成签到,获得积分10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Cronologia da história de Macau 5000
Petrology and Plate Tectonics 800
Electrode Potentials 550
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
Trees of tropical Asia : an illustrated guide to diversity 500
Materials Informatics Molecules, Crystals and Beyond A volume in Acta Materialia Book Series 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7043474
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8710108
关于积分的说明 18444914
捐赠科研通 6555438
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3117556
关于科研通互助平台的介绍 2202106
邀请新用户注册赠送积分活动 2092974