Horstmann, Birger and Shi, Jiayan and Amine, Rachid and Werres, Martin and He, Xin and Jia, Hao and Hausen, Florian and Cekic-Laskovic, Isidora and Wiemers-Meyer, Simon and Lopez, Jeffrey and Diego, Galvez-Aranda and Florian, Baakes and Bresser, Dominik and Su, Chi-Cheung and Xu, Yaobin and Xu, Wu and Jakes, Peter and Eichel, Rüdiger-A. and Figgemeier, Egbert and Krewer, Ulrike and Seminario, Jorge M. and Balbuena, Perla B. and Wang, Chongmin and Passerini, Stefano and Yang, Shao-Horn and Winter, Martin and Amine, Khalil and Kostecki, Robert and Latz, Arnulf (2021) Strategies towards enabling lithium metal in batteries: interphases and electrodes. Energy and Environmental Science, 2021 (14), pp. 5289-5314. Royal Chemical Society. doi: 10.1039/D1EE00767J. ISSN 1754-5692.
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Official URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/EE/D1EE00767J
Abstract
Despite the continuous increase in capacity, lithium-ion intercalation batteries are approaching their performance limits. As a result, research is intensifying on next-generation battery technologies. The use of a lithium metal anode promises the highest theoretical energy density and enables use of lithium-free or novel high-energy cathodes. However, the lithium metal anode suffers from poor morphological stability and Coulombic efficiency during cycling, especially in liquid electrolytes. In contrast to solid electrolytes, liquid electrolytes have the advantage of high ionic conductivity and good wetting of the anode, despite the lithium metal volume change during cycling. Rapid capacity fade due to inhomogeneous deposition and dissolution of lithium is the main hindrance to the successful utilization of the lithium metal anode in combination with liquid electrolytes. In this perspective, we discuss how experimental and theoretical insights can provide possible pathways for reversible cycling of two-dimensional lithium metal. Therefore, we discuss improvements in the understanding of lithium metal nucleation, deposition, and stripping on the nanoscale. As the solid–electrolyte interphase (SEI) plays a key role in the lithium morphology, we discuss how the proper SEI design might allow stable cycling. We highlight recent advances in conventional and (localized) highly concentrated electrolytes in view of their respective SEIs. We also discuss artificial interphases and three-dimensional host frameworks, which show prospects of mitigating morphological instabilities and suppressing large shape change on the electrode level.
Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/147404/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Title: | Strategies towards enabling lithium metal in batteries: interphases and electrodes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors: |
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Date: | 29 July 2021 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal or Publication Title: | Energy and Environmental Science | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 2021 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1039/D1EE00767J | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Page Range: | pp. 5289-5314 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Publisher: | Royal Chemical Society | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 1754-5692 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | lithium metal batteries, interphases, novel liquid electrolytes, electrode design | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Research field: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program: | Materials and Technologies for the Energy Transition | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program Themes: | Electrochemical Energy Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research area: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Program: | E SP - Energy Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research theme (Project): | E - Electrochemical Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Location: | Ulm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutes and Institutions: | Institute of Engineering Thermodynamics > Computational Electrochemistry | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited By: | Werres, Martin Alexander | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited On: | 23 Dec 2021 21:02 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Modified: | 23 Dec 2021 21:02 |
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