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燕大ACS Nano：固態(tài)鋰金屬電池中鋰穿透固態(tài)電解質(zhì)和死鋰動力學(xué)的原位可視化

固態(tài)鋰金屬電池(SSLMBs)的兩個最大優(yōu)勢是固態(tài)電解質(zhì)(SSE)可抑制鋰枝晶并實(shí)現(xiàn)高能量密度鋰負(fù)極。然而，由于鋰枝晶生長導(dǎo)致短路，LMBs并未達(dá)到預(yù)期。事實(shí)上，鋰枝晶在SSE中比在液態(tài)電解質(zhì)中更容易生長，但其原因尚不清楚。

燕山大學(xué)黃建宇、唐永福、張利強(qiáng)等人報道了通過原位透射電子顯微鏡觀察到的鋰枝晶穿透SSE和SSLMB中“死”鋰的形成動力學(xué)。

實(shí)驗(yàn)的直接證據(jù)表明，強(qiáng)大的電化學(xué)機(jī)械應(yīng)力會在SSE中產(chǎn)生裂紋，并直接驅(qū)動鋰穿透SSE。在沉積過程中，鋰枝晶在每個放電循環(huán)中會從新位置成核，然后在接下來的充電循環(huán)中產(chǎn)生新的“死”鋰，并且這個過程不斷重復(fù)，從而造成鋰源耗盡、庫侖效率下降并最終導(dǎo)致SSLMB失效。

圖1 延時TEM圖像顯示鋰枝晶穿透LLZTO并通過鋰沉積生成LLZTO碎片

最后作者指出了緩解SSLMB中鋰枝晶的潛在方向，即減小缺陷尺寸以增加SSE的機(jī)械應(yīng)力，或降低SSE的電子導(dǎo)電性以緩解SSE中的鋰成核。

圖2 延時TEM圖像顯示鋰枝晶頂起LLZTO

In Situ Visualization of Lithium Penetration through Solid Electrolyte and Dead Lithium Dynamics in Solid-State Lithium Metal Batteries. ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c04864

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