Nano‐Scale Complexions Facilitate Li Dendrite‐Free Operation in LATP Solid‐State Electrolyte

材料科学 成核 无定形固体 枝晶(数学) 电解质 化学物理 离子电导率 晶界 纳米技术 凝聚态物理 快离子导体 结晶学 热力学 复合材料 微观结构 物理化学 物理 数学 电极 化学 几何学
作者
Sina Stegmaier,Roland Schierholz,Ivan Povstugar,Juri Barthel,Simon P. Rittmeyer,Shicheng Yu,Simon Wengert,Samare Rostami,Hans Kungl,Karsten Reuter,Rüdiger‐A. Eichel,Christoph Scheurer
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (26) 被引量:61
标识
DOI:10.1002/aenm.202100707
摘要

Abstract Dendrite formation and growth remains a major obstacle toward high‐performance all solid‐state batteries using Li metal anodes. The ceramic Li (1+ x ) Al ( x ) Ti (2− x ) (PO 4 ) 3 (LATP) solid‐state electrolyte shows a higher than expected stability against electrochemical decomposition despite a bulk electronic conductivity that exceeds a recently postulated threshold for dendrite‐free operation. Here, transmission electron microscopy, atom probe tomography, and first‐principles based simulations are combined to establish atomistic structural models of glass‐amorphous LATP grain boundaries. These models reveal a nanometer‐thin complexion layer that encapsulates the crystalline grains. The distinct composition of this complexion constitutes a sizable electronic impedance. Rather than fulfilling macroscopic bulk measures of ionic and electronic conduction, LATP might thus gain the capability to suppress dendrite nucleation by sufficient local separation of charge carriers at the nanoscale.
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