在初始循环过程中固体电解质的快速降解,通过同步龙X射线计算机断层扫描在3D中跟踪
Shuai Hao1,2, Sohrab R Daemi1,2, Thomas M M Heenan1,2
1Electrochemical Innovation Lab, Department of Chemical Engineering, University College London, London WC1E 7JE, United Kingdom.
ACS nano
|May 28, 2025
概括
固态电池的降解被使用现场X射线断层扫描来研究. 在Li3PS4电解质中形成了裂,导致了树的生长和最终的短路,突出了快速的初始降解.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 电池技术 电池技术
背景情况:
- 固态电池是一个有前途的下一代储能技术.
- 了解降解机制对于提高电池性能和寿命至关重要.
- 在固体电解质中对降解的特征提出了重大挑战.
研究的目的:
- 在电化学循环过程中调查Li3PS4固体电解质的3D形态演变.
- 阐明导致固态电池短路的降解过程.
- 为了将机械和电场变化与观察到的降解现象相关联.
主要方法:
- 在现场同步射线X射线计算机断层扫描 (XCT) 用于跟踪形态变化.
- 电化学循环 (涂层和剥离) 进行,直到细胞短路.
- 有限元模型被用来模拟机械力和电势场.
主要成果:
- 裂始于电极/电解质接口,并通过Li3PS4电解质传播.
- 树突在电解质裂中形成,但它们的填充比率在初始涂层后下降.
- 在早期周期中观察到电极压缩,厚度减少4-7μm.
- 固体电解质在最初的循环中表现出快速降解.
结论:
- 这项研究揭示了Li3PS4固体电解质中明显的裂传播和树形成机制.
- 尽管电池完全被裂破碎,但由于树填充量减少,电池可以运行一段时间.
- 对降解驱动因素的洞察,包括应变能量释放,是为未来的固态电池改进提供的.


