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The role of the SEI for lithium whiskers in lithium metal batteries

Werres, Martin Alexander und Latz, Arnulf und Horstmann, Birger (2024) The role of the SEI for lithium whiskers in lithium metal batteries. 87th Annual Meeting of the DPG and DPG Spring Meeting 2024 of the Condensed Matter Section (SKM), 2024-03-17 - 2024-03-22, Berlin, Deutschland.

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Kurzfassung

Lithium metal (Li) batteries are promising due to their high specific energy. However, safety concerns and non-optimal cycle stability hold back Li anodes paired with liquid electrolytes.[1] A major challenge is the growth of Li whiskers. Li whiskers come with cycling inefficiencies, e.g., enhanced formation of isolated Li.[2] Understanding why Li whiskers emerge can help find design rules for safer Li batteries. We study plating/stripping of Li under the aspect of the mechanical properties of Li and the role of the covering solid-electrolyte interphase (SEI).[3] We consider a Li nucleus covered by SEI, which grows continuously during plating. Once the stress in the SEI exceeds a threshold, the SEI breaks. Due to the softness of Li and significant creep under the expected stress conditions, Li can extrude through the hole in the SEI. We model this by approximating Li as a Herschel-Bulkley liquid. Our predicted shapes and growth rates are consistent with the experimental observation of Li whiskers. We deduce that the SEI is the most important design parameter to achieve safe Li batteries. [1] B. Horstmann et al., Energy Environ. Sci. 2021, 14(10), 5289-5314. [2] M. Werres et al., ACS Nano 2023, 17(11), 10218-10228. [3] L. von Kolzenberg et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 2022, 24(31), 18469-18476

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/207753/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:The role of the SEI for lithium whiskers in lithium metal batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Werres, Martin AlexanderMartin.Werres (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7199-4848NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1449-8172NICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578170703055
Datum:2024
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:modeling; battery; lithium; whisker; SEI
Veranstaltungstitel:87th Annual Meeting of the DPG and DPG Spring Meeting 2024 of the Condensed Matter Section (SKM)
Veranstaltungsort:Berlin, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:17 März 2024
Veranstaltungsende:22 März 2024
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: Werres, Martin Alexander
Hinterlegt am:31 Okt 2024 14:33
Letzte Änderung:31 Okt 2024 14:33

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