리튬 금속 고체의 수상돌기 개시 및 전파

Nature 618권, 287~293페이지(2023)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

리튬 양극과 세라믹 전해질을 사용하는 전고체 배터리는 오늘날의 리튬 이온 배터리1,2에 비해 성능이 단계적으로 변화할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 실제 속도로 충전 시 Li 수상돌기(필라멘트)가 형성되고 세라믹 전해질을 관통하여 단락 및 셀 고장을 초래합니다3,4. 수상돌기 침투에 대한 이전 모델은 일반적으로 수상돌기 시작 및 전파를 위한 단일 프로세스에 초점을 맞추었으며 Li는 끝에서 균열을 주도했습니다5,6,7,8,9. 여기서는 시작과 전파가 별도의 프로세스임을 보여줍니다. 기공을 표면에 연결하는 미세 균열에 의해 Li가 표면 아래 기공으로 증착되면서 시작됩니다. 일단 채워지면 추가 충전으로 인해 Li(점소성 흐름)이 표면으로 천천히 압출되어 균열이 발생하기 때문에 기공에 압력이 형성됩니다. 대조적으로, 수상돌기 전파는 웨지 개방에 의해 발생하며 Li는 팁이 아닌 후면에서 건식 균열을 구동합니다. 개시는 입자 경계에서의 국부적(미시적) 파괴 강도, 기공 크기, 기공 밀도 및 전류 밀도에 의해 결정되는 반면, 전파는 세라믹의 (거시적) 파괴 인성, Li 수지상 결정(필라멘트)의 길이에 따라 달라집니다. 이는 건식 균열, 전류 밀도, 스택 압력 및 각 사이클 동안 액세스되는 충전 용량을 부분적으로 차지합니다. 낮은 스택 압력은 전파를 억제하여 수상돌기가 시작된 셀에서 단락이 발생하기 전의 사이클 수를 현저하게 늘립니다.

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