中新社上海4月18日電 (記者 許婧)固態(tài)鋰電池為何失效？同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院車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)鋰電池金屬鋰負極疲勞失效現(xiàn)象，揭示了疲勞失效新機制，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)研究成果北京時間18日凌晨2點在線發(fā)表于國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)。
近年來，隨著新能源汽車蓬勃發(fā)展，人們對動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)鋰電池運行過程中，因鋰枝晶生長引起的電池失效和安全隱患嚴(yán)重阻礙了其實際應(yīng)用，需要在充分掌握電池失效機制的基礎(chǔ)上，開發(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)載荷作用時普遍面臨的問題，這種載荷會在遠低于極限拉伸強度的應(yīng)力水平下誘發(fā)微裂紋和斷裂失效。研究團隊發(fā)現(xiàn)，金屬鋰負極在受到可逆剝離/鍍層引起的循環(huán)機械載荷作用時發(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)是對固態(tài)鋰電池現(xiàn)有失效機制的新認知，加深了對固態(tài)鋰電池失效過程的理解。
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)過程中性能劣變的主要原因，同時也提出了通過增加疲勞強度來改善固態(tài)鋰電池循環(huán)穩(wěn)定性的新策略，對實現(xiàn)下一代長壽命固態(tài)鋰電池具有重要的指導(dǎo)意義。
美國國家加速器實驗室杰出科學(xué)家、斯坦福電池中心執(zhí)行主任Jagjit Nanda教授和美國橡樹嶺國家實驗室高級研究員Sergiy Kalnaus博士在同期期刊上，對這篇論文進行了專題評述，認為“這一成果提供了固態(tài)電池電化學(xué)和機械疲勞之間的重要聯(lián)系”。(完)