Electrochemical-mechanical coupling failure mechanism of composite cathode in all-solid-state batteries

材料科学 复合数 阴极 粒子(生态学) 复合材料 压力(语言学) 电化学 联轴节(管道) 粒径 化学工程 电极 工程类 地质学 物理化学 哲学 海洋学 化学 语言学
作者
Chunhao Yuan,Wenquan Lu,Jun Xu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:60: 102834-102834 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102834
摘要

Composite cathode composed of active particles and solid electrolytes (SEs) can considerably enlarge the particle-SE contact areas and achieve high areal loadings in all-solid-state batteries (ASSBs). However, the challenging interfacial instability and particle damage problems remain unsolved. Herein, we establish a 3D electrochemical-mechanical coupled model to investigate the underlying failure mechanism by considering the governing electrochemical and physics processes. Micro-scale heterogeneous primary particles with random crystallographic orientation and size inside the LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (NCM111) secondary particle of the model result in the anisotropic Li diffusion and volume variation within the secondary particle, leading to significant nonuniformity of the Li concentration, and GPa-level stress distributions at primary particle boundaries, and finally causing the particle internal cracks. The particle volume shrinkage under the constraint of stiff Li7La3Zr2O12 (LLZO) SE triggers the interface debonding (gap>50 nm) with increased interfacial impedance to degrade cell capacity. Higher C-rates result in larger residual stress (∼100 MPa)/strain/debonding gap at discharging end, more likely to deteriorate the cell performance. Increasing the interfacial strength between the particle and SE can suppress the interface debonding but induces high stress (up to 10 GPa). Results reveal the underlying mechanism of the electrochemical-mechanical coupling failure mechanism for composite cathode and provide promising guidance on the further improvement of a more robust composite cathode for ASSBs.
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
雨濛完成签到,获得积分10
刚刚
生动觅柔发布了新的文献求助20
刚刚
1秒前
Orange应助五六七采纳,获得10
2秒前
2秒前
Owen应助moon采纳,获得10
2秒前
向上完成签到 ,获得积分10
2秒前
cdercder应助浅色乌鸫采纳,获得10
3秒前
jou完成签到,获得积分10
3秒前
Hello应助欣喜依白采纳,获得50
4秒前
哈哈完成签到,获得积分10
4秒前
完美丹雪发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
悦耳的书雪完成签到,获得积分20
6秒前
8秒前
奥利奥完成签到,获得积分10
8秒前
跳跃夏天发布了新的文献求助10
9秒前
蔬菜小鸟完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
10秒前
领导范儿应助张佳宁采纳,获得10
11秒前
梵凡完成签到,获得积分0
12秒前
yyyb发布了新的文献求助10
13秒前
hancahngxiao发布了新的文献求助10
14秒前
白糖完成签到 ,获得积分20
14秒前
Tsundere完成签到,获得积分10
17秒前
乐乐应助娇气的冬菱采纳,获得30
17秒前
18秒前
Orange应助跳跃夏天采纳,获得10
19秒前
茜特拉莉我的神完成签到,获得积分10
20秒前
Copyright应助bowen采纳,获得10
22秒前
Copyright应助bowen采纳,获得10
22秒前
Copyright应助bowen采纳,获得10
22秒前
22秒前
五六七发布了新的文献求助10
23秒前
七七完成签到 ,获得积分10
24秒前
Burney完成签到,获得积分10
24秒前
24秒前
25秒前
ESLove完成签到,获得积分10
27秒前
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
Association of Reentry Well-Being with Psychological Distress, Employment, and Housing Instability 15-Months After Incarceration 500
Trees of tropical Asia : an illustrated guide to diversity 500
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 7028531
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8698709
关于积分的说明 18430828
捐赠科研通 6528532
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3111767
关于科研通互助平台的介绍 2189212
邀请新用户注册赠送积分活动 2087341