A Two-Parameter Space to Tune Solid Electrolytes for Lithium Dendrite Constriction

电解质 材料科学 枝晶(数学) 快离子导体 电化学窗口 化学工程 化学物理 化学 电极 离子电导率 数学 物理化学 几何学 工程类
作者
Yichao Wang,Luhan Ye,Xi Chen,Xin Li
出处
期刊:JACS Au [American Chemical Society]
卷期号:2 (4): 886-897 被引量:24
标识
DOI:10.1021/jacsau.2c00009
摘要

[Image: see text] Li dendrite penetration, and associated microcrack propagation, at high current densities is one main challenge to the stable cycling of solid-state batteries. The interfacial decomposition reaction between Li dendrite and a solid electrolyte was recently used to suppress Li dendrite penetration through a novel effect of “dynamic stability”. Here we use a two-parameter space to classify electrolytes and propose that the effect may require the electrolyte to occupy a certain region in the space, with the principle of delicately balancing the two property metrics of a sufficient decomposition energy with the Li metal and a low critical mechanical modulus. Furthermore, in our computational prediction prepared using a combination of high-throughput computation and machine learning, we show that the positions of electrolytes in such a space can be controlled by the chemical composition of the electrolyte; the compositions can also be attained by experimental synthesis using core–shell microstructures. The designed electrolytes following this principle further demonstrate stable long cycling from 10 000 to 20 000 cycles at high current densities of 8.6–30 mA/cm(2) in solid-state batteries, while in contrast the control electrolyte with a nonideal position in the two-parameter space showed a capacity decay that was faster by at least an order of magnitude due to Li dendrite penetration.
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