我國(guó)科學(xué)家揭示固態(tài)鋰電池疲勞失效新機(jī)制

中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 任朝霞）近日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）在線(xiàn)發(fā)表了同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院車(chē)用新能源研究院羅巍教授與合作者的研究成果，他們?cè)谑澜缟鲜状伟l(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。

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，亟須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。

同濟(jì)大學(xué)為論文第一完成單位，同濟(jì)大學(xué)羅巍教授和華中科技大學(xué)黃云輝教授為論文的共同通訊作者，同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2020級(jí)博士研究生、同濟(jì)大學(xué)2023年“追求卓越學(xué)生獎(jiǎng)”獲得者王騰銳，陳波副教授和西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院劉毅杰助理教授為該論文共同第一作者。