中新社上海4月18日電 (記者 許婧)固態(tài)鋰電池為何失效？同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院車(chē)用新能源研究院教授羅巍與合作者首次發(fā)現(xiàn)了固態(tài)鋰電池金屬鋰負(fù)極疲勞失效現(xiàn)象，揭示了疲勞失效新機(jī)制，并提出了抑制疲勞失效改善固態(tài)電池性能的新策略。
相關(guān)研究成果北京時(shí)間18日凌晨2點(diǎn)在線發(fā)表于國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)。
近年來(lái)，隨著新能源汽車(chē)蓬勃發(fā)展，人們對(duì)動(dòng)力電池的能量密度和安全性提出了更高的要求，鋰電池固態(tài)化被認(rèn)為是提升電池安全和能量密度的革命性解決方案，由此，固態(tài)鋰電池在全球范圍內(nèi)引起學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而，在固態(tài)鋰電池運(yùn)行過(guò)程中，因鋰枝晶生長(zhǎng)引起的電池失效和安全隱患嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用，需要在充分掌握電池失效機(jī)制的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)提升電池性能的新技術(shù)。
疲勞是金屬材料在受到循環(huán)載荷作用時(shí)普遍面臨的問(wèn)題，這種載荷會(huì)在遠(yuǎn)低于極限拉伸強(qiáng)度的應(yīng)力水平下誘發(fā)微裂紋和斷裂失效。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，金屬鋰負(fù)極在受到可逆剝離/鍍層引起的循環(huán)機(jī)械載荷作用時(shí)發(fā)生了由疲勞造成的失效，證明了疲勞是鋰金屬的固有特性，其在固態(tài)鋰電池中也遵循經(jīng)典的疲勞定律。這一發(fā)現(xiàn)是對(duì)固態(tài)鋰電池現(xiàn)有失效機(jī)制的新認(rèn)知，加深了對(duì)固態(tài)鋰電池失效過(guò)程的理解。
此研究成果不僅揭示了金屬鋰疲勞失效是固態(tài)鋰電池循環(huán)過(guò)程中性能劣變的主要原因，同時(shí)也提出了通過(guò)增加疲勞強(qiáng)度來(lái)改善固態(tài)鋰電池循環(huán)穩(wěn)定性的新策略，對(duì)實(shí)現(xiàn)下一代長(zhǎng)壽命固態(tài)鋰電池具有重要的指導(dǎo)意義。
美國(guó)國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室杰出科學(xué)家、斯坦福電池中心執(zhí)行主任Jagjit Nanda教授和美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究員Sergiy Kalnaus博士在同期期刊上，對(duì)這篇論文進(jìn)行了專題評(píng)述，認(rèn)為“這一成果提供了固態(tài)電池電化學(xué)和機(jī)械疲勞之間的重要聯(lián)系”。(完)【編輯:張子怡】
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