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Analysis of Interfacial Effects in All-Solid-State Batteries with Thiophosphate Solid Electrolytes

Neumann, Anton und Randau, Simon und Becker-Steinberger, Katharina und Danner, Timo und Hein, Simon und Ning, Ziyang und Marrow, James und Richter, Felix H. und Janek, Jürgen und Latz, Arnulf (2020) Analysis of Interfacial Effects in All-Solid-State Batteries with Thiophosphate Solid Electrolytes. ACS Applied Materials and Interfaces, 12 (8), Seiten 9277-9291. American Chemical society (ACS). doi: 10.1021/acsami.9b21404. ISSN 1944-8244.

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Offizielle URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b21404

Kurzfassung

All-solid-state batteries (ASSBs) present a promising route toward safe and high-power battery systems in order to meet the future demands in the consumer and automotive market. Composite cathodes are one way to boost the energy density of ASSBs compared to thin-film configurations. In this manuscript, we investigate composites consisting of Li3PS4 (LPS) solid electrolyte and high-energy Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2 (NMC622). The fabricated cells show a good cycle life with a satisfactory capacity retention. Still, the cathode utilization is below the values reported in the literature for systems with liquid electrolytes. The common understanding is that interface processes between the active material and solid electrolyte are responsible for the reduced performance. In order to throw some light on this topic, we perform 3D microstructure-resolved simulations on virtual samples obtained via X-ray tomography. Through this approach, we are able to correlate the composite microstructure with electrode performance and impedance. We identify the low electronic conductivity in the fully lithiated NMC622 as material inherent restriction preventing high cathode utilization. Moreover, we find that geometrical properties and morphological changes of the microstructure interact with the internal and external interfaces, significantly affecting the capacity retention at higher currents.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/139587/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Analysis of Interfacial Effects in All-Solid-State Batteries with Thiophosphate Solid Electrolytes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Neumann, AntonAnton.Neumann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4575-8697NICHT SPEZIFIZIERT
Randau, SimonJustus-Liebig-Universität GießenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Becker-Steinberger, KatharinaKatharina.Becker-Steinberger (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Hein, SimonSimon.Hein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6728-9983NICHT SPEZIFIZIERT
Ning, ZiyangUniversity of OxfordNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Marrow, JamesUniversity of OxfordNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Richter, Felix H.Justus-Liebig-Universität GießenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Janek, JürgenJustus-Liebig-Universität GießenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1449-8172NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Februar 2020
Erschienen in:ACS Applied Materials and Interfaces
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:12
DOI:10.1021/acsami.9b21404
Seitenbereich:Seiten 9277-9291
Verlag:American Chemical society (ACS)
ISSN:1944-8244
Status:veröffentlicht
Stichwörter:all-solid-state batteries thiophosphate solid electrolyte 3D microstructure-resolved simulations nickel-rich layered oxides impedance analysis
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Speicher und vernetzte Infrastrukturen
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicher
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (Batterien) (alt)
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Danner, Timo
Hinterlegt am:16 Dez 2020 21:03
Letzte Änderung:24 Okt 2023 10:53

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