Insight into the Li/LiPON Interface at the Molecular Level: Interfacial Decomposition and Reconfiguration

控制重构 分解 接口(物质) 材料科学 化学工程 化学 计算机科学 复合材料 嵌入式系统 工程类 有机化学 毛细管数 毛细管作用
作者
Kangli Wang,Jürgen Janek,Doreen Mollenhauer
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:36 (10): 5133-5141 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.4c00377
摘要

The interface between lithium metal and solid electrolytes (SEs) has a significant impact on the performance of lithium-metal batteries, especially when the electrolyte is unstable and decomposes into different components, leading to structural and morphological changes. However, current knowledge of the interface upon decomposition, such as the Li/LiPON interface, is limited, particularly at the atomic level. Here, we use first-principles calculations to elucidate the interfacial stability and structural properties of possible interfaces formed between the lithium-metal electrode and the decomposition products of LiPON. Through a systematic study and comparison of these interfaces, we have identified an interfacial stability sequence of Li/Li2O > Li/Li3N > Li/Li3P > Li/Li3PO4, suggesting that the lithium-metal anode will predominantly form an interface with Li2O after the decomposition of LiPON. Moreover, the low interfacial energy and high work of adhesion of Li/Li2O suggest that the formation of a Li/Li2O interface in LiPON may promote interfacial stability and potentially inhibit the defect and dendrite formation at the interface. This provides an explanation for the known compatibility of LiPON with lithium-metal anodes. Our findings reveal the critical role of the Li/Li2O interface formation after the decomposition of LiPON at the Li/LiPON interface, which encourages further investigation and design of the lithium-metal anode/SE interface in all solid-state batteries.
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