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Codependent failure mechanisms between cathode and anode in solid state lithium metal batteries: mediated by uneven ion flux

  • An in-depth understanding of the degradation mechanisms is a prerequisite for developing the nextgeneration all solid-state lithium metal battery (ASSLMB) technology. Herein, synchrotron X-ray computed tomography (SXCT) together with other probing tools and simulation method were employed to rediscover the decaying mechanisms of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM)|Li6PS5Cl (LPSCl)|Li ASSLMB. It reveals that the detachment and isolation of NCM particles cause the current focusing on the remaining active regions of cathode. The extent of Li stripping and the likelihood of Li+ plating into LPSCl facing the active NCM particles becomes higher. Besides, the homogeneity of Li stripping/plating is improved by homogenizing the electrochemical reactions at the cathode side by LiZr2(PO4)3 (LZP) coating. These results suggest a codependent failure mechanism between cathode and anode that is mediated by uneven Li ion flux. This work contributes to establish a holistic understanding of the degradationAn in-depth understanding of the degradation mechanisms is a prerequisite for developing the nextgeneration all solid-state lithium metal battery (ASSLMB) technology. Herein, synchrotron X-ray computed tomography (SXCT) together with other probing tools and simulation method were employed to rediscover the decaying mechanisms of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM)|Li6PS5Cl (LPSCl)|Li ASSLMB. It reveals that the detachment and isolation of NCM particles cause the current focusing on the remaining active regions of cathode. The extent of Li stripping and the likelihood of Li+ plating into LPSCl facing the active NCM particles becomes higher. Besides, the homogeneity of Li stripping/plating is improved by homogenizing the electrochemical reactions at the cathode side by LiZr2(PO4)3 (LZP) coating. These results suggest a codependent failure mechanism between cathode and anode that is mediated by uneven Li ion flux. This work contributes to establish a holistic understanding of the degradation mechanisms in ASSLMBs and opens new opportunities for their further optimization and evelopment.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Y. Zheng, S. Zhang, J. Ma, F. Sun, M. Osenberg, A. Hilger, Henning MarkötterORCiD, F. Wilde, I. Manke, Z. Hu, G. Cui
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Science Bulletin
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.5 Röntgenbildgebung
Verlag:Elsevier B.V.
Jahrgang/Band:68
Ausgabe/Heft:8
Erste Seite:813
Letzte Seite:825
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Cathode deactivation; Codependent failure mechanism; Current density distribution; Lithium ion flux; Solid-state lithium metal batteries
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Energie / Elektrische Energiespeicher und -umwandlung
DOI:10.1016/j.scib.2023.03.021
ISSN:2095-9273
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:17.04.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:17.04.2023
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