同濟大學材料科學與工程學院車用新能源研究院羅巍教授與合作者首次發現了固態鋰電池金屬鋰負極疲勞失效現象，揭示了疲勞失效新機制，并提出了抑制疲勞失效改善固態電池性能的新策略。4月18日，相關研究發表于《科學》。《科學》同期刊登專題評述，認為“這一成果提供了固態電池電化學和機械疲勞之間的重要聯系”。
近年來，隨著新能源汽車的蓬勃發展，人們對動力電池的能量密度和安全性提出了更高的要求。鋰電池固態化被認為是提升電池安全和能量密度的革命性解決方案，在全球范圍內引起學術界和產業界的廣泛關注。然而，在固態鋰電池運行過程中，因鋰枝晶生長引起的電池失效和安全隱患嚴重阻礙了其實際應用，亟需在充分掌握電池失效機制的基礎上，開發提升電池性能的新技術。
疲勞是金屬材料在受到循環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力水平下誘發微裂紋和斷裂失效。研究團隊發現，金屬鋰負極在受到可逆剝離/鍍層引起的循環機械載荷作用時發生了由疲勞造成的失效，證明了疲勞是鋰金屬的固有特性，其在固態鋰電池中也遵循經典的疲勞定律。這一發現是對固態鋰電池現有失效機制的新認知，加深了對固態鋰電池失效過程的理解。
固態鋰電池中金屬鋰負極疲勞失效示意圖。圖片由研究團隊提供
研究團隊表示，這項研究成果揭示了金屬鋰疲勞失效是固態鋰電池循環過程中性能劣變的主要原因，同時提出了通過增加疲勞強度來改善固態鋰電池循環穩定性的新策略，對實現下一代長壽命固態鋰電池具有重要指導意義。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.adq6807
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