Achieving Stable Lithium Anodes through Leveraging Inevitable Stress Variations via Adaptive Piezoelectric Effect

材料科学 压电 阳极 压力(语言学) 锂(药物) 复合材料 电极 物理化学 语言学 医学 内分泌学 哲学 化学
作者
Chengshuai Chang,Mengtian Zhang,Zhoujie Lao,Xiao Xiao,Gongxun Lu,Haotian Qu,Xian Wu,H. Y. Fu,Guangmin Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (19) 被引量:33
标识
DOI:10.1002/adma.202313525
摘要

Abstract Unleashing the potential of lithium‐metal anodes in practical applications is hindered by the inherent stress‐related challenges arising from their limitless volume expansion, leading to mechanical failures such as electrode cracking, solid electrolyte interphase damage, and dendritic growth. Despite the various protective strategies to “combat” stress in lithium‐metal anodes, they fail to address the intrinsic issue fundamentally. Here, a unique strategy is proposed that leverages the stress generated during the battery cycling via the piezoelectric effect, transforming to the adaptive built‐in electric field to accelerate lithium‐ion migration, homogenize the lithium deposition, and alleviate the stress concentration. The mechanism of the piezoelectric effect in modulating electro‐chemomechanical field evolution is further validated and decoupled through finite element method simulations. Inspired by this strategy, a high sensitivity, fast responsive, and strength adaptability polymer piezoelectric is used to demonstrate the feasibility and the corresponding protected lithium‐metal anode shows cycling stability over 6000 h under a current density of 10 mA cm −2 and extending life in a variety of coin and pouch cell systems. This work effectively tackles the stress‐related issues and decoupling the electro‐chemomechanical field evolution also contributes to developing more stable lithium anodes for future research.
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