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 [Springer Nature]
卷期号:593 (7858): 218-222 被引量:486
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
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
外向寄云完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
2秒前
研友_ZAe4qZ完成签到,获得积分20
3秒前
乐怡日尧发布了新的文献求助10
5秒前
shin0324完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
6秒前
每文发布了新的文献求助10
6秒前
SciGPT应助Grace0610采纳,获得10
6秒前
欣喜的薯片完成签到 ,获得积分10
6秒前
汉堡包应助chshpy采纳,获得10
6秒前
mouxq发布了新的文献求助10
7秒前
8秒前
8秒前
科目三应助积极的妖丽采纳,获得10
8秒前
幸福果汁完成签到,获得积分10
10秒前
12rcli完成签到,获得积分10
10秒前
斯文败类应助叮咚采纳,获得10
10秒前
皮念寒完成签到,获得积分10
11秒前
英姑应助狮子座采纳,获得10
11秒前
高万发布了新的文献求助10
11秒前
乐怡日尧完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
Akim应助狮子要吃素采纳,获得10
13秒前
13秒前
Jessica完成签到,获得积分10
15秒前
每文完成签到,获得积分10
15秒前
陈功人士发布了新的文献求助10
16秒前
善学以致用应助robot采纳,获得10
16秒前
17秒前
17秒前
团子发布了新的文献求助10
17秒前
baolong发布了新的文献求助10
18秒前
高万完成签到,获得积分10
19秒前
20秒前
Khr1stINK完成签到,获得积分10
21秒前
我爱科研完成签到,获得积分10
21秒前
22秒前
22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
Handbook of Qualitative Cross-Cultural Research Methods 600
Chen Hansheng: China’s Last Romantic Revolutionary 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 3140111
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2790982
关于积分的说明 7797203
捐赠科研通 2447324
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1301841
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 626345
版权声明 601194