elib
DLR-Header
DLR-Logo -> http://www.dlr.de
DLR Portal Home | Impressum | Datenschutz | Kontakt | English
Schriftgröße: [-] Text [+]

On the Additive Microstructure in Composite Cathodes and Alumina-Coated Carbon Microwires for Improved All-Solid-State Batteries

Randau, Simon und Walther, Felix und Neumann, Anton und Schneider, Yannik und Negi, Rajendra S. und Mogwitz, Boris und Sann, Joachim und Becker-Steinberger, Katharina und Danner, Timo und Hein, Simon und Latz, Arnulf und Richter, Felix H. und Janek, Jürgen (2021) On the Additive Microstructure in Composite Cathodes and Alumina-Coated Carbon Microwires for Improved All-Solid-State Batteries. Chemistry of Materials, 33 (4), Seiten 1380-1393. ACS Publications. doi: 10.1021/acs.chemmater.0c04454. ISSN 0897-4756.

Dieses Archiv kann nicht den Volltext zur Verfügung stellen.

Offizielle URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c04454

Kurzfassung

All-solid-state batteries promise to enable lithium metal anodes and outperform state-of-the-art lithium-ion battery technology. To achieve high battery capacity, utilization of the active material in the cathode must be maximized. Carbon-based conductive additives are known to improve the capacity and rate performance of electrode composites. However, their influence on cathode composites in all-solid-state batteries is yet not fully understood. Here, we study the influence of several carbon additives with different morphologies and surface areas on the performance of an all-solid-state battery cell Li|β-Li3PS4|Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2/β-Li3PS4/carbon. Cycling tests and microstructure-resolved simulations show that higher utilization of the cathode active material can be achieved using fiber-shaped vapor-grown carbon additives, whereas particle-shaped carbons show a minor influence. Unfortunately, carbon additives generally lead to an accelerated capacity loss during cycling and an enhanced formation of solid electrolyte decomposition products. The latter was studied in more detail using cyclic voltammetry, X-ray photoelectron spectroscopy, and cycling experiments. The results show that carbon additives with a small surface area and a fiber-like morphology result in the lowest degree of decomposition. To completely overcome electrolyte degradation caused by the use of carbon additives, a protection concept is developed. A thin alumina coating with a few nanometers thickness was deposited on the carbon fibers by atomic layer deposition, which successfully prevents decomposition reactions, reduces long-term capacity fading, and leads to an enhanced overall all-solid-state battery performance.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/144984/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:On the Additive Microstructure in Composite Cathodes and Alumina-Coated Carbon Microwires for Improved All-Solid-State Batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Randau, SimonJustus-Liebig-Universität GießenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Walther, FelixJustus-Liebig-Universität GießenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Neumann, AntonAnton.Neumann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4575-8697NICHT SPEZIFIZIERT
Schneider, YannikJustus-Liebig-Universität GießenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Negi, Rajendra S.Justus-Liebig-Universität GießenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mogwitz, BorisJustus-Liebig-Universität GießenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sann, JoachimJustus-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
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Richter, Felix H.Justus-Liebig-Universität GießenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Janek, JürgenJustus-Liebig-Universität GießenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 Februar 2021
Erschienen in:Chemistry of Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:33
DOI:10.1021/acs.chemmater.0c04454
Seitenbereich:Seiten 1380-1393
Verlag:ACS Publications
ISSN:0897-4756
Status:veröffentlicht
Stichwörter:all-solid-state batteries conductive additives modeling simulation composite electrode
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Danner, Timo
Hinterlegt am:23 Dez 2021 20:34
Letzte Änderung:23 Dez 2021 20:34

Nur für Mitarbeiter des Archivs: Kontrollseite des Eintrags

Blättern
Suchen
Hilfe & Kontakt
Informationen
electronic library verwendet EPrints 3.3.12
Gestaltung Webseite und Datenbank: Copyright © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Alle Rechte vorbehalten.