Current status and future directions of all-solid-state batteries with lithium metal anodes, sulfide electrolytes, and layered transition metal oxide cathodes

电解质 材料科学 阳极 阴极 快离子导体 电化学 硫化物 纳米技术 氧化物 电极 冶金 电气工程 化学 物理化学 工程类
作者
Chaoshan Wu,Jiatao Lou,Jun Zhang,Zhaoyang Chen,Akshay Kakar,Benjamin J. Emley,Qing Ai,Hua Guo,Yanliang Liang,Jun Lou,Yan Yao,Zheng Xiu Fan
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:87: 106081-106081 被引量:130
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106081
摘要

All-solid-state batteries (ASSBs) offer great promise as a next-generation energy storage technology with higher energy density, wider operating temperature range, and improved safety for electric vehicles. ASSBs employing lithium metal anodes (Li), sulfide-based solid-state electrolytes (SSE), and Ni-rich layered transition metal oxide cathodes (LiMO2, M = Ni, Mn, Co, Al) are particularly promising due to its superior electrochemical performance compared to other solid-electrolyte systems. However, the battery cycle life at high cathode mass loading and high current is still limited because the failure mechanism is not fully understood. Lithium dendrite growth at the anode or inside a solid electrolyte still represents as a serious risk of cell failure. Interfacial resistance increases attributed to electrolyte decomposition and interfacial void formation at both cathode−electrolyte and anode−electrolyte interfaces lead to gradual capacity fading. In this Review, we present the fundamental challenges and recent scientific understandings of each component in ASSBs. The novel diagnostic tools for these components, especially the interfaces buried under the surface that are often hard for characterization are mainly examined. Finally, we offer a perspective for future research directions. We hope this Review will provide a timely snapshot of state-of-the-art research progress in ASSBs to accelerate the development of ASSBs.
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