锂枝晶的形成严重阻碍了全固态锂金属电池的实际应用。传统观点认为,枝晶在阳极处起始,然后生长为固体电解质(SE),而最近流行的观点认为,Li+离子可以在电解质内的晶界(GBs)处直接还原,然后这些内部枝晶相互连接,导致短路失效。然而,内部晶界还是阳极界面主导枝晶的萌生仍存在争议。清华大学Ma Weigang对具有代表性的Li6PS5Cl(LPSC)体系进行了第一性原理计算,以研究这两种枝晶引发机制。
本文要点:
1) 结果表明,固体电解质界面(SEI)阻断了电子泄漏,使内部Li+离子不太可能沉积。作者将从头算分子动力学(AIMD)模拟与理论模型相结合,并发现阳极界面处枝晶形成的临界电流密度(CCD)远低于晶界处,这表明枝晶更容易在阳极处引发。
2) 该研究表明,枝晶的形成是由阳极引发的机制而不是由GB引发的机制控制的。这些发现表明,阳极界面是设计无枝晶电池的主要考虑因素,而不是GBs。
Zhengcheng Gu et.al Insights into the Anode-Initiated and Grain Boundary-Initiated Mechanisms for Dendrite Formation in All-Solid-State Lithium Metal Batteries Adv. Energy Mater. 2023
DOI: 10.1002/aenm.202302945
https://doi.org/10.1002/aenm.202302945