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Uni-Axial Densification of Slurry-Casted Li₆PS₅Cl Tapes: The Role of Particle Size Distribution and Densification Pressure

Tran, Quoc-Anh und Agrawal, Meenal und Häusler, Michael und Hörmann, Johannes und Moqadam, Mohsen Sadeqi und Redhammer, Günther J. und Sellæg Ellingsen, Ingeborg und Din, Mir Mehraj Ud und Vullum, Per Erik und Zettl, Roman und Danner, Timo und Latz, Arnulf und Hennige, Volker und Brunner, Roland und Rettenwander, Daniel (2025) Uni-Axial Densification of Slurry-Casted Li₆PS₅Cl Tapes: The Role of Particle Size Distribution and Densification Pressure. Advanced Materials, 37 (30), Seite 2501592. Wiley. doi: 10.1002/adma.202501592. ISSN 0935-9648.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Kurzfassung

Solid-state batteries are transformative solutions for electric vehicles, offering superior energy density and safety. Sulfide-based solid electrolytes like Li₆PS₅Cl (LPSCl) combine high ionic conductivity and mechanical adaptability, but challenges remain in scaling up high-performance separator tapes due to particle size distribution (PSD) and processing constraints. This study investigates the uni-axial densification of slurry-casted LPSCl tapes, focusing on PSD refinement and compaction pressure. Wet milling has been identified to effectively reduce PSD to submicron levels while preserving structural integrity and near-pristine conductivity. A critical pressure threshold (≈350 MPa) for tape-casted LPSCl slurries (2.5% hydrated poly(acrylonitrile-co-butadiene)) is identified, where ionic conductivity peaks due to particle fusion and the formation of conductive networks. However, open porosity (≈30%), particularly along the densification direction, and surface irregularities persist. These structural issues have significant implications for battery performance. For example, surface roughness and interfacial voids lead to localized current focusing, with current densities exceeding applied values by over 20 times. Percolating porosity accelerates dendritic failure modes, undermining stability and limiting cycling rates. This work underscores the need for optimized powder processing and densification techniques to enhance scalability and performance, advancing LPSCl-based separators for the practical adoption of solid-state batteries in electric vehicles and other high-energy applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219506/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Uni-Axial Densification of Slurry-Casted Li₆PS₅Cl Tapes: The Role of Particle Size Distribution and Densification Pressure
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Tran, Quoc-AnhNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Agrawal, MeenalNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Häusler, MichaelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hörmann, JohannesJohannes.Hoermann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4955-1896NICHT SPEZIFIZIERT
Moqadam, Mohsen SadeqiNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Redhammer, Günther J.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sellæg Ellingsen, IngeborgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Din, Mir Mehraj UdNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vullum, Per ErikNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zettl, RomanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hennige, VolkerNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brunner, RolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rettenwander, DanielNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:29 Juli 2025
Erschienen in:Advanced Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:37
DOI:10.1002/adma.202501592
Seitenbereich:Seite 2501592
Verlag:Wiley
ISSN:0935-9648
Status:veröffentlicht
Stichwörter:densification, Li₆PS₅Cl, particle size distribution, solid-state battery, tape casting
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Wiedemann, Johannes
Hinterlegt am:28 Nov 2025 15:50
Letzte Änderung:01 Dez 2025 09:53

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