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?姚彥AEM：僅需3%鎂摻雜，大幅度提高鋰負(fù)極-固態(tài)電解質(zhì)界面穩(wěn)定性

固態(tài)鋰金屬電池具有高比能量和安全潛能，已成為電動(dòng)汽車的一項(xiàng)前景廣闊的技術(shù)。然而，在電池制造過程中實(shí)現(xiàn)鋰與電解質(zhì)的親密接觸仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。為了促進(jìn)密切接觸，需要足夠的制造壓力，但這種壓力會(huì)導(dǎo)致鋰變形并滲入電解質(zhì)，從而導(dǎo)致電池性能不佳。

圖1 對(duì)稱電池阻抗和形態(tài)隨制造壓力的變化

休斯頓大學(xué)姚彥等提出了一種方法，通過加入3%的鎂來改變鋰的應(yīng)變硬化行為，從而在電池制造過程中實(shí)現(xiàn)金屬負(fù)極與固態(tài)電解質(zhì)的親密接觸。這種Li─Mg負(fù)極能夠承受很高的制造壓力（50-65 兆帕）而不會(huì)滲透電解質(zhì)。

相比之下，純鋰負(fù)極很難保持接觸而無電解質(zhì)滲透的風(fēng)險(xiǎn)。純鋰遵循Voce硬化定律，允許無約束變形，而Li─Mg則不同，它遵循Swift硬化定律，在壓縮應(yīng)力下隨應(yīng)變而增強(qiáng)。

圖2 Li和Li─Mg在壓縮應(yīng)力下的變形

此外，有限元分析表明，與純鋰不同，Li─Mg不會(huì)穿透固態(tài)電解質(zhì)表面的缺陷。采用Li─Mg電極的對(duì)稱電池的臨界電流比鋰金屬電極高出 200%。因此，這種方法可以實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的大電流循環(huán)。這種方法在需要高壓以確保鋰與電解質(zhì)親密接觸與保護(hù)電解質(zhì)之間取得了平衡。這項(xiàng)工作的研究強(qiáng)調(diào)了金屬電極的機(jī)械性能在固態(tài)電池加工中的重要性。

圖3 臨界電流密度測(cè)試

Taming Metal–Solid Electrolyte Interface Instability via Metal Strain Hardening. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300679

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