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
Xiaoab完成签到,获得积分10
刚刚
刚刚
阿刁完成签到,获得积分10
刚刚
paz完成签到,获得积分10
刚刚
积极的依白完成签到,获得积分10
刚刚
天天快乐应助MAO采纳,获得10
1秒前
深情的依风完成签到,获得积分10
1秒前
Lyd完成签到,获得积分10
2秒前
张大诚完成签到,获得积分10
2秒前
orixero应助ZHAOYUN采纳,获得30
3秒前
高挑的小蕊完成签到,获得积分10
4秒前
甜美的月饼完成签到,获得积分10
4秒前
汉堡包应助公主小张采纳,获得10
4秒前
时尚战斗机完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
5秒前
li完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
隐形曼青应助玊尔采纳,获得10
6秒前
饼干完成签到,获得积分10
6秒前
小张在进步完成签到,获得积分10
6秒前
zyx完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
7秒前
7秒前
咎不可完成签到,获得积分10
7秒前
佘佳一完成签到 ,获得积分10
8秒前
handandan发布了新的文献求助10
8秒前
清秀的士萧完成签到,获得积分10
8秒前
HOHO发布了新的文献求助10
9秒前
枫楠完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
镜哥完成签到,获得积分10
9秒前
卷心菜完成签到,获得积分10
10秒前
haihaiov完成签到,获得积分10
10秒前
elsa嘻嘻完成签到 ,获得积分10
10秒前
胡萝卜完成签到,获得积分10
10秒前
XIA发布了新的文献求助10
10秒前
wly1121完成签到,获得积分10
10秒前
11秒前
高分求助中
Markov Chain Monte Carlo 10000
(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
Common Foundations of American and East Asian Modernisation: From Alexander Hamilton to Junichero Koizumi 1500
Weaponeering: An Introduction Fourth Edition, Volume 1 1000
Advanced Weaponeering Fourth Edition, Volume 2 1000
悉尼大学博士学位论文,题目:Modelling and testing of one-sided stitched laminated composites. 作者:Kristopher P. Plain 700
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 610
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 7506605
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9095731
关于积分的说明 19407696
捐赠科研通 7113958
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3251862
关于科研通互助平台的介绍 2421143
邀请新用户注册赠送积分活动 2237871