湖南眼科研究所所長是誰_廈門大學(xué)眼科中心任小軍
2024-06-1199次
近日，廈門大學(xué)材料學(xué)院王鳴生教授課題組在固態(tài)鋰金屬電池內(nèi)部枝晶生長及短路機(jī)理的研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“visualizing the fail**e of solid electrolyte under gpa-level interface stress induced by lithium eruption”為題，發(fā)表于《自然·通訊》(nat**e communications, 13, 5050)。
采用固態(tài)電解質(zhì)（se）搭配鋰金屬負(fù)極的固態(tài)鋰金屬電池有望實(shí)現(xiàn)更高的能量密度和高安全性，因而受到了廣泛關(guān)注。然而，鋰枝晶滲透固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)致的電池內(nèi)部短路等問題仍然是制約固態(tài)電池發(fā)展的主要瓶頸。以往的研究表明，多晶電解質(zhì)中的鋰枝晶生長主要源于其內(nèi)部（如晶界）的電子電導(dǎo)；而單晶電解質(zhì)則通常歸因于由表面**造成的電流和應(yīng)力集中。相關(guān)的理論模型預(yù)示：?jiǎn)尉щ娊赓|(zhì)的表面**小到一定臨界尺度以下可以抑制枝晶生長。這與實(shí)際情況常常不符。另外，如果推至極限情況，即一個(gè)接近無**的單晶電解質(zhì)是否就可以抑制鋰枝晶的生長？盡管這是人們普遍的心理預(yù)期，但并沒有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。此外，由于固態(tài)電解質(zhì)被鋰金屬覆蓋，對(duì)其界面演變過程進(jìn)行高時(shí)間和空間分辨率的直接觀察很困難，這嚴(yán)重阻礙了人們深入理解固態(tài)電解質(zhì)的失效機(jī)理。
圖1 由于受到cu集流體和llzo強(qiáng)的機(jī)械束縛，局部高速噴發(fā)的li金屬可以產(chǎn)生極大的應(yīng)力迫使llzo開裂和鋰枝晶滲透及短路
基于上述問題，王鳴生教授課題組利用原位透射電鏡（in-situ tem）構(gòu)建了微型固態(tài)鋰金屬電池，深入表征了鋰金屬與固態(tài)電解質(zhì)界面演化的動(dòng)力學(xué)過程，揭示了鋰枝晶從界面的局部接觸點(diǎn)滲透固態(tài)電解質(zhì)的機(jī)理。該研究采用有代表性的單晶石榴石固態(tài)電解質(zhì)li6.4la3zr1.4ta0.6o12（llzo）作為研究模型，在tem中原位構(gòu)建了可進(jìn)行截面方向觀察的固態(tài)電池li|se界面。原位觀察表明：鋰金屬在界面處的沉積行為與其電化學(xué)機(jī)械（electrochemo-mechanical）應(yīng)力息息相關(guān)，該應(yīng)力的大小高度依賴于局部電流密度和機(jī)械約束。該研究工作揭示了：（1）即使是接近無**的llzo單晶顆粒也無法抵抗鋰沉積壓力，理論模擬顯示該壓力可能高達(dá)10gpa量級(jí)；（2）局部超高電流密度并不必然導(dǎo)致se的破裂，通過提升li|se界面處鋰離子/原子的輸運(yùn)效率，llzo單晶可承受a·cm-2量級(jí)的局部電流密度。該工作所提出的快速釋放界面處質(zhì)量/應(yīng)力的原則為固態(tài)鋰金屬電池倍率性能的改善提供了重要思路。
該工作得到華中科技大學(xué)楊輝教授（共同通訊）及廈門大學(xué)**教授的支持和幫助。**第一作者為材料學(xué)院2020級(jí)博士生高浩文。研究工作得到國家自然科學(xué)基金（52172240, 12172143, 21935009）的資助。
**鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-022-32732-z
(來源：廈門大學(xué) 版權(quán)屬原作者 謹(jǐn)致謝意）
廈門大學(xué)眼科研究所(廈門大學(xué)眼科研究所所長)
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