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A Morphologically Stable Li/Electrolyte Interface for All-Solid-State Batteries Enabled by 3D-Micropatterned Garnet
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2021-10-10 , DOI: 10.1002/adma.202104009 Rong Xu 1 , Fang Liu 1 , Yusheng Ye 1 , Hao Chen 1 , Rachel Rae Yang 1, 2 , Yinxing Ma 1 , Wenxiao Huang 1 , Jiayu Wan 1 , Yi Cui 1, 3
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2021-10-10 , DOI: 10.1002/adma.202104009 Rong Xu 1 , Fang Liu 1 , Yusheng Ye 1 , Hao Chen 1 , Rachel Rae Yang 1, 2 , Yinxing Ma 1 , Wenxiao Huang 1 , Jiayu Wan 1 , Yi Cui 1, 3
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Morphological degradation at the Li/solid-state electrolyte (SSE) interface is a prevalent issue causing performance fading of all-solid-state batteries (ASSBs). To maintain the interfacial integrity, most ASSBs are operated under low current density with considerable stack pressure, which significantly limits their widespread usage. Herein, a novel 3D-micropatterned SSE (3D-SSE) that can stabilize the morphology of the Li/SSE interface even under relatively high current density and limited stack pressure is reported. Under the pressure of 1.0 MPa, the Li symmetric cell using a garnet-type 3D-SSE fabricated by laser machining shows a high critical current density of 0.7 mA cm–2 and stable cycling over 500 h under 0.5 mA cm–2. This excellent performance is attributed to the reduced local current density and amplified mechanical stress at the Li/3D-SSE interface. These two effects can benefit the flux balance between Li stripping and creep at the interface, thereby preventing interfacial degradation such as void formation and dendrite growth.
中文翻译:
一种形态稳定的锂/电解质界面,用于由 3D 微图案石榴石实现的全固态电池
锂/固态电解质 (SSE) 界面的形态退化是导致全固态电池 (ASSB) 性能下降的普遍问题。为了保持界面完整性,大多数 ASSB 在低电流密度和相当大的堆压下运行,这极大地限制了它们的广泛使用。本文报道了一种新型的 3D 微图案 SSE (3D-SSE),即使在相对较高的电流密度和有限的堆叠压力下也可以稳定 Li/SSE 界面的形态。在 1.0 MPa 的压力下,使用通过激光加工制造的石榴石型 3D-SSE 的 Li 对称电池显示出 0.7 mA cm -2的高临界电流密度和 0.5 mA cm -2下超过 500 小时的稳定循环. 这种优异的性能归因于 Li/3D-SSE 界面处局部电流密度的降低和机械应力的放大。这两种效应有利于界面处锂剥离和蠕变之间的通量平衡,从而防止界面退化,如空隙形成和枝晶生长。
更新日期:2021-12-07
中文翻译:
一种形态稳定的锂/电解质界面,用于由 3D 微图案石榴石实现的全固态电池
锂/固态电解质 (SSE) 界面的形态退化是导致全固态电池 (ASSB) 性能下降的普遍问题。为了保持界面完整性,大多数 ASSB 在低电流密度和相当大的堆压下运行,这极大地限制了它们的广泛使用。本文报道了一种新型的 3D 微图案 SSE (3D-SSE),即使在相对较高的电流密度和有限的堆叠压力下也可以稳定 Li/SSE 界面的形态。在 1.0 MPa 的压力下,使用通过激光加工制造的石榴石型 3D-SSE 的 Li 对称电池显示出 0.7 mA cm -2的高临界电流密度和 0.5 mA cm -2下超过 500 小时的稳定循环. 这种优异的性能归因于 Li/3D-SSE 界面处局部电流密度的降低和机械应力的放大。这两种效应有利于界面处锂剥离和蠕变之间的通量平衡,从而防止界面退化,如空隙形成和枝晶生长。