Capacity Fade in Solid-State Batteries: Interphase Formation and Chemomechanical Processes in Nickel-Rich Layered Oxide Cathodes and Lithium Thiophosphate Solid Electrolytes

电解质 材料科学 阴极 快离子导体 电化学 硫化物 化学工程 锂(药物) 氧化物 电池(电) 电极 化学 冶金 物理化学 医学 物理 工程类 内分泌学 功率(物理) 量子力学
作者
Raimund Koerver,Isabel Aygün,Thomas Leichtweiß,Christian Dietrich,Wenbo Zhang,Jan O. Binder,Pascal Hartmann,Wolfgang G. Zeier,Jürgen Janek
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:29 (13): 5574-5582 被引量:868
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.7b00931
摘要

All-solid-state lithium ion batteries may become long-term, stable, high-performance energy storage systems for the next generation of electric vehicles and consumer electronics, depending on the compatibility of electrode materials and suitable solid electrolytes. Nickel-rich layered oxides are nowadays the benchmark cathode materials for conventional lithium ion batteries because of their high storage capacity and the resulting high energy density, and their use in solid-state systems is the next necessary step. In this study, we present the successful implementation of a Li[Ni,Co,Mn]O2 material with high nickel content (LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, NCM-811) in a bulk-type solid-state battery with β-Li3PS4 as a sulfide-based solid electrolyte. We investigate the interface behavior at the cathode and demonstrate the important role of the interface between the active materials and the solid electrolyte for the battery performance. A passivating cathode/electrolyte interphase layer forms upon charging and leads to an irreversible first cycle capacity loss, corresponding to a decomposition of the sulfide electrolyte. In situ electrochemical impedance spectroscopy and X-ray photoemission spectroscopy are used to monitor this formation. We demonstrate that most of the interphase formation takes place in the first cycle, when charging to potentials above 3.8 V vs Li+/Li. The resulting overvoltage of the passivating layer is a detrimental factor for capacity retention. In addition to the interfacial decomposition, the chemomechanical contraction of the active material upon delithiation causes contact loss between the solid electrolyte and active material particles, further increasing the interfacial resistance and capacity loss. These results highlight the critical role of (electro-)chemo-mechanical effects in 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
xxfsx应助SCH_zhu采纳,获得10
2秒前
嗡嗡完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
YiWei完成签到 ,获得积分10
3秒前
6秒前
Pamburger完成签到,获得积分10
6秒前
8秒前
今后应助111采纳,获得10
9秒前
9秒前
zcg完成签到,获得积分10
11秒前
共享精神应助dd采纳,获得10
11秒前
mayzee完成签到,获得积分10
12秒前
嘟嘟完成签到 ,获得积分10
12秒前
抹缇卡完成签到 ,获得积分10
13秒前
爱打乒乓球完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
而风不止发布了新的文献求助10
14秒前
15秒前
15秒前
了0完成签到 ,获得积分10
17秒前
111yu完成签到,获得积分10
18秒前
罗马没有马完成签到 ,获得积分10
18秒前
Zayro完成签到,获得积分10
19秒前
哆啦A梦完成签到 ,获得积分10
20秒前
chenchao完成签到,获得积分20
20秒前
乐乐侠完成签到 ,获得积分10
20秒前
超然度陈完成签到,获得积分10
21秒前
小雨发布了新的文献求助10
21秒前
我是老大应助吹梦西洲采纳,获得10
21秒前
无辜不言完成签到,获得积分10
23秒前
24秒前
24秒前
心随以动完成签到 ,获得积分10
26秒前
hx完成签到,获得积分10
29秒前
默默莫莫完成签到 ,获得积分10
29秒前
小雨完成签到,获得积分10
29秒前
嘻嘻哈哈应助Wan采纳,获得10
29秒前
pei发布了新的文献求助10
29秒前
Akim应助而风不止采纳,获得10
29秒前
王若琪完成签到 ,获得积分10
29秒前
高分求助中
HIGH DYNAMIC RANGE CMOS IMAGE SENSORS FOR LOW LIGHT APPLICATIONS 1500
Constitutional and Administrative Law 1000
Questioning sequences in the classroom 700
Microbially Influenced Corrosion of Materials 500
Die Fliegen der Palaearktischen Region. Familie 64 g: Larvaevorinae (Tachininae). 1975 500
The Experimental Biology of Bryophytes 500
Rural Geographies People, Place and the Countryside 400
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 5378975
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4503349
关于积分的说明 14015585
捐赠科研通 4412079
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2423655
邀请新用户注册赠送积分活动 1416558
关于科研通互助平台的介绍 1394065