我院研究成果首登《科學》，羅巍教授團隊提出固態鋰電池失效新機制

固態鋰電池為何失效？同濟大學材料科學與工程學院研究團隊給出了新機制。北京時間4月18日凌晨2時，國際頂尖學術期刊《科學》（Science）在線發表了我院羅巍教授與合作者題為“Fatigue of Li metal anode in solid-state batteries”（固態電池鋰金屬負極的疲勞）的研究論文。該研究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。

美國國家加速器實驗室杰出科學家、斯坦福電池中心執行主任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Science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系”。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq6807

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(圖2a)，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(圖b,c)，對實現下一代長壽命固態鋰電池具有重要的指導意義。

圖 (a) 固態鋰電池中金屬鋰負極疲勞失效示意圖; (b,c) 通過鋰合金化增加疲勞強度改善固態鋰電池循環穩定性

同濟大學材料科學與工程學院為論文第一完成單位，我院羅巍教授和華中科技大學黃云輝教授為論文的共同通訊作者，我院2020級博士研究生、同濟大學2023年追求卓越獎獲得者王騰銳、陳波副教授和西南交通大學電氣工程學院劉毅杰助理教授為該論文共同第一作者。本研究獲得了上海市基礎研究特區計劃和“小米青年學者”項目的資助。

來源：同濟大學。