Creep-type all-solid-state cathode achieving long life

阴极 蠕动 材料科学 电化学 刮擦 机械工程 纳米技术 结构材料 工程物理 计算机科学 复合材料 电极 电气工程 工程类 化学 物理化学
作者
Xiaolin Xiong,Ting Lin,Chunxi Tian,Guoliang Jiang,Rong Xu,Hong Li,Liquan Chen,Liumin Suo
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:6
标识
DOI:10.1038/s41467-024-48174-8
摘要

Abstract Electrochemical-mechanical coupling poses enormous challenges to the interfacial and structural stability but create new opportunities to design innovative all-solid-state batteries from scratch. Relying on the solid-solid constraint in the space-limited domain structure, we propose to exploit the lithiation-induced stress to drive the active materials creep, thereby improving the structural integrity. For demonstration, we fabricate the creep-type all-solid-state cathode using creepable Se material and an all-in-one rigid ionic/electronic conducting Mo6Se8 framework. As indicated by the in-situ experiment and numerical simulation, this cathode presents unique capabilities in improving interparticle contact and avoiding particle fracture, leading to its superior electrochemical performance, including a superior long-cycle life of more than 3000 cycles at 0.5 C and a high volumetric energy density of 2460 Wh/L at the cathode level. We believe this innovative strategy to utilize mechanics to boost the electrochemical performance could shed light on the future design of all-solid-state batteries for practical applications.

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