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2026 article

Disentangling Lithium Failure Mechanisms in Liquid Electrolytes by 2D Exchange Solid-State NMR

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Le résumé fourni par la source

Abstract High Coulombic efficiency (CE, >99.9%) for Li plating/stripping is essential for thin-Li and anode-free Li metal batteries, yet understanding Li failure mechanisms remains challenging. Here, we propose a failure analysis method employing two-dimensional exchange solid-state NMR spectroscopy (2D EXSY ssNMR) to define the relative dead Li0/solid electrolyte interphase (SEI) contribution (R(A/B)) and the ratio of SEI-dead Li0 exchange intensity to SEI (R(C/B)). Together, these descriptors link inactive-Li composition with SEI-Li0 exchange, enabling ionic contact failure to be distinguished from electronic contact failure. In ester-based electrolytes, a large R(A/B) indicates dead-Li0-dominated inactive Li loss, while the observable exchange peak suggests that ionic exchange pathways are preserved. The failure is therefore mainly associated with electronic isolation of whisker-like Li deposits. Ether-based (localized) high-concentration electrolytes effectively suppress dead Li0 formation, while decreasing R(C/B) reveals progressively weakened Li exchange across inorganic-rich SEI during extended cycling. Thus, long-term failure in high-CE electrolytes is dominated by ionic contact loss rather than electronically isolated dead-Li0 accumulation, because inorganic-rich SEI lacks sufficient deformability to maintain interfacial contact during repeated volume changes. This process may be further intensified by gradual liquid-electrolyte depletion. Overall, these results establish 2D EXSY ssNMR as a comparative diagnostic tool for Li failure modes and highlight the need for SEI designs that combine chemical stability with mechanical adaptability.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Disentangling Lithium Failure Mechanisms in Liquid Electrolytes by 2D Exchange Solid-State NMR
Date Crossref
11/09/2026
Éditeur
American Chemical Society (ACS)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

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