Dendrite initiation and propagation in lithium metal solid-state batteries

陶瓷 复合材料 枝晶(数学) 材料科学 电解质 断裂力学 化学 数学 物理化学 电极 阳极 几何学
作者
Ziyang Ning,Guanchen Li,Dominic L. R. Melvin,Yang Chen,Junfu Bu,Dominic Spencer Jolly,Junliang Liu,Bingkun Hu,Xiangwen Gao,Johann Perera,Gong Chen,Shengda D. Pu,Shengming Zhang,Boyang Liu,Gareth O. Hartley,Andrew J. Bodey,Richard I. Todd,Patrick S. Grant,David E.J. Armstrong,T.J. Marrow
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:618 (7964): 287-293 被引量:344
标识
DOI:10.1038/s41586-023-05970-4
摘要

All-solid-state batteries with a Li anode and ceramic electrolyte have the potential to deliver a step change in performance compared with today's Li-ion batteries1,2. However, Li dendrites (filaments) form on charging at practical rates and penetrate the ceramic electrolyte, leading to short circuit and cell failure3,4. Previous models of dendrite penetration have generally focused on a single process for dendrite initiation and propagation, with Li driving the crack at its tip5-9. Here we show that initiation and propagation are separate processes. Initiation arises from Li deposition into subsurface pores, by means of microcracks that connect the pores to the surface. Once filled, further charging builds pressure in the pores owing to the slow extrusion of Li (viscoplastic flow) back to the surface, leading to cracking. By contrast, dendrite propagation occurs by wedge opening, with Li driving the dry crack from the rear, not the tip. Whereas initiation is determined by the local (microscopic) fracture strength at the grain boundaries, the pore size, pore population density and current density, propagation depends on the (macroscopic) fracture toughness of the ceramic, the length of the Li dendrite (filament) that partially occupies the dry crack, current density, stack pressure and the charge capacity accessed during each cycle. Lower stack pressures suppress propagation, markedly extending the number of cycles before short circuit in cells in which dendrites have initiated.
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
SciGPT应助飞飞飞采纳,获得10
刚刚
a大熊完成签到,获得积分10
1秒前
黑夜的冰之歌完成签到,获得积分10
2秒前
重要萍完成签到 ,获得积分10
2秒前
邓谷云发布了新的文献求助10
2秒前
彭于晏应助张泽芝采纳,获得10
2秒前
hyx7735发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
王者归来发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
YXH发布了新的文献求助10
4秒前
fendy应助cordial采纳,获得30
4秒前
seven完成签到,获得积分10
5秒前
完美世界应助吴畅采纳,获得10
7秒前
搜集达人应助Bob采纳,获得10
7秒前
lk发布了新的文献求助10
8秒前
角星星发布了新的文献求助10
9秒前
欣雪完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
10秒前
10秒前
天天快乐应助卡梅拉采纳,获得10
10秒前
12秒前
13秒前
XXXX完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
完美世界应助王者归来采纳,获得10
14秒前
15秒前
15秒前
leaolf应助yusuf采纳,获得10
16秒前
跳跃的洋葱完成签到 ,获得积分10
16秒前
Jasper应助lk采纳,获得10
17秒前
Faded发布了新的文献求助10
17秒前
Sicie完成签到,获得积分10
19秒前
19秒前
Owen应助孟孟采纳,获得30
20秒前
20秒前
21秒前
加缪驳回了英姑应助
21秒前
爵炜发布了新的文献求助10
22秒前
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
高温高圧下融剤法によるダイヤモンド単結晶の育成と不純物の評価 5000
苏州地下水中新污染物及其转化产物的非靶向筛查 500
Rapid Review of Electrodiagnostic and Neuromuscular Medicine: A Must-Have Reference for Neurologists and Physiatrists 500
Vertebrate Palaeontology, 5th Edition 500
ISO/IEC 24760-1:2025 Information security, cybersecurity and privacy protection — A framework for identity management 500
碳捕捉技术能效评价方法 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4723377
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4082339
关于积分的说明 12624734
捐赠科研通 3787957
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2092113
邀请新用户注册赠送积分活动 1117959
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 994702