A dynamic stability design strategy for lithium metal solid state batteries

阳极 电解质 材料科学 阴极 锂(药物) 枝晶(数学) 电池(电) 功率密度 比能量 颗粒 渗透(战争) 金属 复合材料 化学工程 金属锂 化学 电极 冶金 功率(物理) 热力学 数学 医学 物理 几何学 工程类 物理化学 运筹学 内分泌学
作者
Luhan Ye,Xin Li
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:593 (7858): 218-222 被引量:566
标识
DOI:10.1038/s41586-021-03486-3
摘要

A solid-state electrolyte is expected to suppress lithium (Li) dendrite penetration with high mechanical strength1-4. However, in practice it still remains challenging to realise a lithium metal anode for batteries, because micrometre- or submicrometre-sized cracks in ceramic pellets can frequently be generated during battery assembly or long-time cycling3,5. Once cracks form, lithium dendrite penetration is inevitable6,7. Here we describe a solid-state battery design with a hierarchy of interface stabilities (to lithium metal responses), to achieve an ultrahigh current density with no lithium dendrite penetration. Our multilayer design has the structure of a less-stable electrolyte sandwiched between more-stable solid electrolytes, which prevents any lithium dendrite growth through well localized decompositions in the less stable electrolyte layer. A mechanism analogous to the expansion screw effect is proposed, whereby any cracks are filled by dynamically generated decompositions that are also well constrained, probably by the 'anchoring' effect the decompositions induce. The cycling performance of the lithium metal anode paired with a LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 cathode is very stable, with an 82 per cent capacity retention after 10,000 cycles at a 20C rate (8.6 milliamps per centimetre squared) and 81.3 per cent capacity retention after 2,000 cycles at a 1.5C rate (0.64 milliamps per centimetre squared). Our design also enables a specific power of 110.6 kilowatts per kilogram and specific energy up to 631.1 watt hours per kilogram at the micrometre-sized cathode material level.
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
1秒前
2秒前
脑洞疼应助yzxzdm采纳,获得30
2秒前
耿大海完成签到,获得积分10
4秒前
万能图书馆应助紫陌采纳,获得10
7秒前
斯文败类应助蜉蝣采纳,获得10
7秒前
偷喝八喜完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
研友_VZG7GZ应助esbd采纳,获得10
14秒前
天玄一刀完成签到,获得积分10
14秒前
干净思远发布了新的文献求助20
14秒前
拼搏的飞莲完成签到,获得积分10
15秒前
16秒前
圆锥香蕉应助假装有昵称采纳,获得20
19秒前
20秒前
21秒前
Gu0F1完成签到 ,获得积分10
22秒前
furin001完成签到 ,获得积分10
23秒前
yzxzdm发布了新的文献求助30
24秒前
25秒前
25秒前
26秒前
26秒前
蜉蝣发布了新的文献求助10
27秒前
wu8577应助科研通管家采纳,获得10
28秒前
周沛应助科研通管家采纳,获得20
28秒前
veronica完成签到,获得积分10
29秒前
Jasper应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
yhb应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
小二郎应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
Orange应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
wanci应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
乐乐应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
华仔应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
29秒前
29秒前
我是老大应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
十五发布了新的文献求助10
30秒前
30秒前
veronica发布了新的文献求助10
31秒前
高分求助中
Ophthalmic Equipment Market by Devices(surgical: vitreorentinal,IOLs,OVDs,contact lens,RGP lens,backflush,diagnostic&monitoring:OCT,actorefractor,keratometer,tonometer,ophthalmoscpe,OVD), End User,Buying Criteria-Global Forecast to2029 2000
A new approach to the extrapolation of accelerated life test data 1000
Cognitive Neuroscience: The Biology of the Mind 1000
ACSM’s Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 12th edition 588
不知道标题是什么 500
Christian Women in Chinese Society: The Anglican Story 500
A Preliminary Study on Correlation Between Independent Components of Facial Thermal Images and Subjective Assessment of Chronic Stress 500
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 3962340
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3508487
关于积分的说明 11141064
捐赠科研通 3241149
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1791353
邀请新用户注册赠送积分活动 872842
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 803382