近年來，隨著新能源汽車的蓬勃發(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，固態(tài)鋰電池（SSB）因具有高能量密度和高安全性的特點，在電動汽車領域具有廣闊的應用前景。
然而，在固態(tài)鋰電池運行過程中，因不受控的鋰枝晶生長而面臨短路問題，從而引起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(fā)提升電池性能的新技術。
2025年4月18日，華中科技大學黃云輝教授團隊與同濟大學羅巍教授團隊合作，在國際頂尖學術期刊 Science 上發(fā)表了題為：Fatigue of Li metal anode in solid-state batteries 的研究論文。
該研究揭示了鋰金屬疲勞是固態(tài)鋰電池循環(huán)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(tài)鋰電池循環(huán)穩(wěn)定性的新策略。
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力水平下誘發(fā)微裂紋和斷裂失效。
在這項最新研究中，研究團隊通過原位掃描電子顯微鏡和相場模擬，確定了固態(tài)鋰電池的失效與鋰金屬陽極的疲勞密切相關，這顯著導致了固態(tài)電池中界面退化和枝晶生長。
研究團隊進一步證實，鋰金屬的這種疲勞遵循評估金屬疲勞的 Coffin-Manson 方程，表明這種疲勞是一種鋰金屬的固有特性。
這項研究不僅揭示了鋰金屬疲勞失效是固態(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。
(a) 固態(tài)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(tài)鋰電池循環(huán)穩(wěn)定性
總的來說，這項研究闡明鋰金屬疲勞的本質(zhì)作用，為理解固態(tài)鋰電池的失效提供了物理基礎，并為延長其使用壽命、設計下一代長壽命固態(tài)鋰電池鋪平了道路。
同濟大學為該論文第一完成單位，同濟大學羅巍教授和華中科技大學黃云輝教授為論文共同通訊作者，同濟大學博士生王騰銳、陳波副教授及西南交通大學電氣工程學院劉毅杰助理教授為論文共同第一作者。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq6807
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