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 物理化学 有机化学
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
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
fdawn完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
4秒前
慈祥的一刀完成签到,获得积分20
5秒前
嘻嘻完成签到 ,获得积分10
7秒前
又欠发布了新的文献求助10
7秒前
十九完成签到,获得积分10
8秒前
情怀应助科研通管家采纳,获得10
8秒前
dreamlightzy应助科研通管家采纳,获得10
8秒前
桐桐应助火星上谷云采纳,获得10
8秒前
我是老大应助科研通管家采纳,获得10
8秒前
Ava应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
慕青应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
9秒前
所所应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
SciGPT应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
上官若男应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
科目三应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
田様应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
ho应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
SMG完成签到 ,获得积分10
9秒前
小杭76应助研友_Z3NGvn采纳,获得10
9秒前
createup完成签到,获得积分10
10秒前
星辰大海应助李浩然采纳,获得10
11秒前
等月光落雪地完成签到,获得积分10
11秒前
葡萄子完成签到 ,获得积分10
12秒前
13秒前
14秒前
14秒前
cathyliu完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
可爱的函函应助kkk采纳,获得10
15秒前
15秒前
laijun完成签到 ,获得积分10
16秒前
无聊的天抒完成签到,获得积分20
17秒前
我要7甜瓜发布了新的文献求助10
18秒前
createup发布了新的文献求助10
19秒前
领导范儿应助快乐的鱼采纳,获得10
20秒前
张参发布了新的文献求助10
20秒前
aldehyde应助Nnnky采纳,获得10
20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
On the Angular Distribution in Nuclear Reactions and Coincidence Measurements 1000
Vertébrés continentaux du Crétacé supérieur de Provence (Sud-Est de la France) 600
A complete Carnosaur Skeleton From Zigong, Sichuan- Yangchuanosaurus Hepingensis 四川自贡一完整肉食龙化石-和平永川龙 600
FUNDAMENTAL STUDY OF ADAPTIVE CONTROL SYSTEMS 500
微纳米加工技术及其应用 500
Nanoelectronics and Information Technology: Advanced Electronic Materials and Novel Devices 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5310039
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4454427
关于积分的说明 13860100
捐赠科研通 4342468
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2384539
邀请新用户注册赠送积分活动 1379021
关于科研通互助平台的介绍 1347297