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
leemiii完成签到 ,获得积分10
13秒前
小二郎应助科研通管家采纳,获得30
15秒前
星辰大海应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
shhoing应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
fll完成签到 ,获得积分10
33秒前
舒心一凤完成签到 ,获得积分10
36秒前
sxb10101完成签到 ,获得积分10
41秒前
彪悍的熊猫完成签到,获得积分10
43秒前
FashionBoy应助sxb10101采纳,获得10
52秒前
紫枫完成签到,获得积分10
53秒前
一颗红葡萄完成签到 ,获得积分10
1分钟前
suki完成签到 ,获得积分10
1分钟前
龙猫爱看书完成签到,获得积分10
2分钟前
shhoing应助科研通管家采纳,获得10
2分钟前
SciGPT应助科研通管家采纳,获得10
2分钟前
2分钟前
shhoing应助科研通管家采纳,获得10
2分钟前
Sunyidan完成签到,获得积分10
2分钟前
xiaoai完成签到 ,获得积分10
2分钟前
JOKER完成签到 ,获得积分10
2分钟前
gmc完成签到 ,获得积分0
2分钟前
砚木完成签到 ,获得积分10
2分钟前
又又完成签到,获得积分0
2分钟前
炙热曼梅完成签到 ,获得积分10
2分钟前
笨笨忘幽完成签到,获得积分0
3分钟前
沉静的迎荷完成签到 ,获得积分10
3分钟前
小学徒完成签到 ,获得积分10
3分钟前
CLTTT完成签到,获得积分0
3分钟前
矜持完成签到 ,获得积分10
3分钟前
MS903完成签到 ,获得积分10
3分钟前
青水完成签到 ,获得积分10
4分钟前
殷勤的紫槐完成签到,获得积分0
4分钟前
shhoing应助科研通管家采纳,获得10
4分钟前
huanghe完成签到,获得积分10
4分钟前
风信子完成签到,获得积分10
4分钟前
MM完成签到 ,获得积分10
4分钟前
lpp完成签到 ,获得积分10
4分钟前
活力的珊完成签到 ,获得积分10
5分钟前
5分钟前
小白完成签到 ,获得积分10
5分钟前
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
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 1621
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 800
King Tyrant 600
A Guide to Genetic Counseling, 3rd Edition 500
Laryngeal Mask Anesthesia: Principles and Practice. 2nd ed 500
The Composition and Relative Chronology of Dynasties 16 and 17 in Egypt 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5561674
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4646757
关于积分的说明 14678936
捐赠科研通 4588123
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2517307
邀请新用户注册赠送积分活动 1490632
关于科研通互助平台的介绍 1461716