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:292
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
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
能干冰露完成签到,获得积分10
刚刚
牛奶拌可乐完成签到 ,获得积分10
2秒前
量子星尘发布了新的文献求助30
2秒前
周小鱼完成签到 ,获得积分10
6秒前
11秒前
19秒前
老张完成签到,获得积分10
25秒前
27秒前
zhugao完成签到,获得积分10
29秒前
32秒前
南风知我意完成签到,获得积分10
35秒前
朴实寻琴完成签到 ,获得积分10
35秒前
可可可爱完成签到 ,获得积分10
38秒前
lsy完成签到,获得积分10
42秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
45秒前
46秒前
46秒前
hwen1998完成签到 ,获得积分10
49秒前
50秒前
51秒前
wwb发布了新的文献求助10
54秒前
55秒前
57秒前
LHT完成签到,获得积分10
58秒前
落寞凌波发布了新的文献求助10
1分钟前
桐桐应助幸福的杨小夕采纳,获得10
1分钟前
韩麒嘉完成签到 ,获得积分10
1分钟前
聪慧的凝海完成签到 ,获得积分0
1分钟前
1分钟前
wwb发布了新的文献求助10
1分钟前
phil完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
高高菠萝完成签到 ,获得积分10
1分钟前
滴滴滴完成签到 ,获得积分10
1分钟前
yangsi完成签到 ,获得积分10
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
1分钟前
酷炫葵阴发布了新的文献求助10
1分钟前
ORANGE完成签到,获得积分10
1分钟前
思源应助松松采纳,获得20
1分钟前
高分求助中
【提示信息,请勿应助】关于scihub 10000
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 3000
徐淮辽南地区新元古代叠层石及生物地层 3000
The Mother of All Tableaux: Order, Equivalence, and Geometry in the Large-scale Structure of Optimality Theory 3000
Handbook of Industrial Diamonds.Vol2 1100
Global Eyelash Assessment scale (GEA) 1000
Picture Books with Same-sex Parented Families: Unintentional Censorship 550
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 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 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4038029
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3575740
关于积分的说明 11373751
捐赠科研通 3305559
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1819224
邀请新用户注册赠送积分活动 892652
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 815022