研究人员成功揭示固态电池失效的原理 有助于进一步推动固态电池商业化

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来自法拉第研究所SOLBAT项目的研究人员在揭示固态电池(SSB)如何以及为何失败方面迈出了重要一步。4月22日发表在《自然-材料》上的一篇论文,为这一科学难题的一个重要部分提供了答案。

研究人员成功揭示固态电池失效的原理 有助于进一步推动固态电池商业化

为了以更低的成本在电动汽车(EV)电池的续航能力和安全性方面取得进步,必须开发 "超越锂离子 "的新电池化学。固态锂电池便是这样一种有前途的技术,但大规模的市场应用一直被几个关键的技术挑战所阻碍,这些挑战导致电池在充电和放电时失效。


固态电池在反复充电和放电后会出现短路。电池故障的一个公认的原因是树枝状物的生长,即在电池充电期间通过固体电解质生长的锂的分支网络。解决这两个挑战有可能开创一个以固态电池为动力的电动汽车的新时代。


牛津大学材料、化学和工程科学系的研究人员与钻石光源和瑞士的保罗-舍勒研究所合作,提出了强有力的证据,支持两种相互竞争的理论中的一种,即锂金属树枝在陶瓷电解质中生长,导致在高充电率下的短循环的机制。

研究人员成功揭示固态电池失效的原理 有助于进一步推动固态电池商业化

研究人员使用了一种类似于医学CAT扫描仪中使用的成像技术--X射线计算机断层扫描,加上空间映射的X射线衍射,对运行中的固态电池深处的裂缝和树枝状物的生长进行了可视化和描述。


锥形坑状裂纹首先在电镀锂阳极附近的电解液中形成。裂纹沿着孔隙率高于陶瓷平均值的路径传播。然后,金属锂沿着裂缝沉积,这种侵入通过从后面扩大裂缝来推动裂缝的扩展。裂纹前部在锂沉积的前面传播,而锂在裂纹尖端不存在。只有在后来,当锂沿着整个裂缝板块时,电池才最终短路。


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