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Stress-Driven Whisker Formation in Lithium Metal Batteries

Werres, Martin Alexander und Niedziela, Dariusz und Latz, Arnulf und Horstmann, Birger (2025) Stress-Driven Whisker Formation in Lithium Metal Batteries. Nano Letters. ACS Publications. doi: 10.1021/acs.nanolett.5c01910. ISSN 1530-6984.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Kurzfassung

Lithium metal batteries are promising for next-generation high-energy-density batteries, especially when lithium is directly plated on a current collector. However, lithium whiskers can form in the early stages of electroplating. These whiskers lead to low Coulombic efficiency due to isolated lithium formation during stripping. The mechanism of whisker formation is not fully understood, and different mechanisms are proposed in the literature. Herein, we computationally explore a stress-driven extrusion mechanism through cracks in the solid-electrolyte-interphase (SEI), which explains the experimentally observed root growth of lithium whiskers. We model the extrusion as a flow of a power-law Herschel-Bulkley fluid parametrized by the experimental power-law creep behavior of lithium, which results in the typical one-dimensional whisker shape. Consequently, in competition with SEI self-healing, SEI cracking determines the emergence of whiskers, giving a simple rule of thumb to avoid whisker formation in liquid electrolytes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220418/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Stress-Driven Whisker Formation in Lithium Metal Batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Werres, Martin AlexanderMartin.Werres (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Niedziela, Dariuszdariusz.niedziela (at) itwm.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578199036800
Datum:14 Juli 2025
Erschienen in:Nano Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c01910
Verlag:ACS Publications
ISSN:1530-6984
Status:veröffentlicht
Stichwörter:lithium metal battery, lithium whiskers, simulation, SEI, fluid dynamics
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:08 Dez 2025 15:19
Letzte Änderung:08 Dez 2025 15:19

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