Role of grain-level chemo-mechanics in composite cathode degradation of solid-state lithium batteries

复合数 材料科学 微观结构 微观力学 成核 电解质 阴极 复合材料 电气工程 工程类 电极 化学 有机化学 物理化学
作者
Chuanlai Liu,Franz Roters,Dierk Raabe
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2024-2h7kn
摘要

Solid-state Li-ion batteries, utilizing Ni-rich oxide cathodes, hold promise for high-energy electrochemical storage. However, Li intercalation-induced dimensional changes can lead to crystal defect formation in these cathodes, and contact mechanics problems between cathode and solid electrolyte. Understanding the interplay between cathode microstructure, operating conditions, micromechanics of battery materials, and capacity decay remains a challenge. Here, we present a microstructure-sensitive chemo-mechanical model to study the impact of grain-level chemo-mechanics on the degradation of composite cathodes. We reveal that crystalline anisotropy, state-of-charge-dependent Li diffusion rates, and lattice dimension changes drive dislocation nucleation in cathodes and contact loss at the cathode/electrolyte interface. These dislocations induce large lattice strain and trigger oxygen loss and structural degradation preferentially near the surface area of cathode particles. Moreover, contact loss is caused by the micromechanics resulting from the crystalline anisotropy of cathodes and the mechanical properties of solid electrolytes, not just operating conditions. These findings highlight the significance of grain-level cathode microstructures in causing cracking, formation of crystal defects, and chemo-mechanical degradation of solid-state batteries.
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
Novermber完成签到,获得积分20
刚刚
刚刚
haha发布了新的文献求助10
1秒前
Ljy发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
3秒前
Freiheit发布了新的文献求助30
3秒前
pny发布了新的文献求助10
3秒前
Angenstern发布了新的文献求助30
3秒前
溜了溜了应助一一采纳,获得10
4秒前
ljc发布了新的文献求助10
5秒前
Oct发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
5秒前
zlw完成签到,获得积分10
5秒前
冷静战斗机完成签到,获得积分20
6秒前
ljh123456发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
6秒前
苹果从菡发布了新的文献求助10
6秒前
fang发布了新的文献求助10
6秒前
36456657应助王小海111采纳,获得10
7秒前
8秒前
FashionBoy应助学分采纳,获得10
8秒前
yiyi发布了新的文献求助20
8秒前
8秒前
8秒前
66_完成签到 ,获得积分10
10秒前
haoliu完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
宜醉宜游宜睡应助炸炸呦采纳,获得10
11秒前
科研通AI2S应助成成采纳,获得10
11秒前
彭于彦祖应助jerryzhu采纳,获得50
11秒前
lpjianai168完成签到,获得积分10
11秒前
meinv666发布了新的文献求助10
12秒前
ljc完成签到,获得积分10
12秒前
852应助柴胡采纳,获得10
12秒前
12秒前
Hello应助猪猪hero采纳,获得10
12秒前
12秒前
高分求助中
Aspects of Babylonian celestial divination : the lunar eclipse tablets of enuma anu enlil 1500
Hopemont Capacity Assessment Interview manual and scoring guide 1000
Classics in Total Synthesis IV: New Targets, Strategies, Methods 1000
Mantids of the euro-mediterranean area 600
Mantodea of the World: Species Catalog Andrew M 500
Insecta 2. Blattodea, Mantodea, Isoptera, Grylloblattodea, Phasmatodea, Dermaptera and Embioptera 500
The Oxford Handbook of Transcranial Stimulation (the second edition) 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 材料科学 生物 工程类 有机化学 生物化学 纳米技术 内科学 物理 化学工程 计算机科学 复合材料 基因 遗传学 物理化学 催化作用 细胞生物学 免疫学 电极
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3437481
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3034487
关于积分的说明 8955106
捐赠科研通 2722531
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1493315
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 690170
邀请新用户注册赠送积分活动 686557