固態鋰電池為何失效？中國科研團隊揭示新機制

固態鋰電池為何失效？中國同濟大學材料科學與工程學院車用新能源研究院教授羅巍與合作者首次發現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，並提出了抑制疲勞失效改善固態電池性能的新策略。相關研究成果18日在線發表於國際頂尖學術期刊《科學》（Science）。

中新社報導，近年來，隨著新能源汽車蓬勃發展，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，由此，固態鋰電池在全球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，需要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。

金屬疲勞是金屬材料在受到循環載荷作用時普遍面臨的問題，這種載荷會在遠低於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金屬疲勞造成的失效，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。

此研究成果不僅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，同時也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的指導意義。

美國國家加速器實驗室傑出科學家、史丹佛電池中心執行主任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電池電化學和機械疲勞之間的重要聯繫。