Role of interfacial defect on electro‐chemo‐mechanical failure of solid‐state electrolyte

电解质 材料科学 固态 纳米技术 电极 化学工程 工程物理 工程类 物理化学 化学
作者
Yangyang Liu,Xieyu Xu,Xingxing Jiao,Olesya O. Kapitanova,Zhongxiao Song,Shizhao Xiong
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (24) 被引量:32
标识
DOI:10.1002/adma.202301152
摘要

Abstract High‐stress field generated by electroplating of lithium (Li) in pre‐existing defects is the main reason for mechanical failure of solid‐state electrolyte because it drives crack propagation in electrolyte, followed by Li filament growth inside and even internal short‐circuit if the filament reaches another electrode. To understand the role of interfacial defects on mechanical failure of solid‐state electrolyte, an electro–chemo–mechanical model is built to visualize distribution of stress, relative damage, and crack formation during electrochemical plating of Li in defects. Geometry of interfacial defect is found as dominating factor for concentration of local stress field while semi‐sphere defect delivers less accumulation of damage at initial stage and the longest failure time for disintegration of electrolyte. Aspect ratio, as a key geometric parameter of defect, is investigated to reveal its impact on failure of electrolyte. Pyramidic defect with low aspect ratio of 0.2–0.5 shows branched region of damage near interface, probably causing surface pulverization of solid‐state electrolyte, whereas high aspect ratio over 3.0 will trigger accumulation of damage in bulk electrolyte. The correction between interfacial defect and electro–chemo–mechanical failure of solid‐state electrolyte is expected to provide insightful guidelines for interface design in high‐power‐density solid‐state Li metal batteries.
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