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
cdercder应助Rached采纳,获得10
刚刚
吃点红糖馒头完成签到,获得积分10
1秒前
wsazah完成签到,获得积分10
3秒前
含蓄虔纹完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
袁瑞发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
NiL发布了新的文献求助10
5秒前
聪明海豚完成签到,获得积分20
6秒前
6秒前
搜集达人应助浩哥要strong采纳,获得10
6秒前
仲颖完成签到,获得积分10
7秒前
Lucas应助专注的草丛采纳,获得10
7秒前
今后应助Ame采纳,获得10
9秒前
hrpppp发布了新的文献求助10
9秒前
byr完成签到,获得积分10
9秒前
11秒前
lixm发布了新的文献求助10
11秒前
浩哥要strong完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
14秒前
欣灵应助仲颖采纳,获得10
14秒前
顾矜应助袁瑞采纳,获得10
15秒前
Leon完成签到,获得积分10
15秒前
15秒前
16秒前
吸墨完成签到,获得积分10
16秒前
落寞凌波发布了新的文献求助10
16秒前
酷波er应助lixm采纳,获得10
17秒前
寒酥完成签到,获得积分10
17秒前
17秒前
wxc完成签到,获得积分20
17秒前
陌上完成签到,获得积分10
18秒前
19秒前
19秒前
Ame发布了新的文献求助10
19秒前
20秒前
ZhAngrUiYu完成签到,获得积分10
21秒前
21秒前
裴裴发布了新的文献求助10
21秒前
高分求助中
Cronologia da história de Macau 5000
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
Interactions of Vowel Quality and Prosody in East Slavic 500
Vander's Renal Physiology第10版 500
Forensic Science An Introduction to Scientific and Investigative Techniques 6th Edition 400
Virus-like particles empower RNAi for effective control of a Coleopteran pest 400
Materials Informatics Molecules, Crystals and Beyond A volume in Acta Materialia Book Series 400
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 7097757
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8754006
关于积分的说明 18514969
捐赠科研通 6653432
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3138596
关于科研通互助平台的介绍 2247783
邀请新用户注册赠送积分活动 2113533