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1、 固態(tài)鋰電池的失效行為、失效機(jī)制及失效分析

固態(tài)鋰電池（SSLBs）由于其安全性和潛在的高能量密度優(yōu)勢(shì),，被認(rèn)為是下一代動(dòng)力電池的重要發(fā)展方向�,，F(xiàn)階段固態(tài)鋰電池仍存在各種問(wèn)題，比如固態(tài)鋰電池的失效行為,，它會(huì)嚴(yán)重影響電池性能,，包括降低電池的能量密度、功率密度,、可靠性,、安全性和循環(huán)壽命，從而影響電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用,。固態(tài)電池循環(huán)容量損失,、內(nèi)阻增加、內(nèi)短路,、熱失控,、日歷失效等均屬于電池的失效行為。

通過(guò)了解和認(rèn)識(shí)固態(tài)電池中各種失效行為,，深入探索固態(tài)電池失效機(jī)理,，才能更有針對(duì)性的去解決固態(tài)電池的失效問(wèn)題，提升固態(tài)電池的電池性能,。目前,，固態(tài)鋰電池失效機(jī)制的研究尚不完善，需要根據(jù)電池的失效表現(xiàn),，對(duì)電池進(jìn)行電池外觀檢測(cè),、電池?zé)o損檢測(cè)、電池有損檢測(cè)以及綜合分析,。失效分析主要基于現(xiàn)有的失效行為,，結(jié)合現(xiàn)有的分析手段，達(dá)到探求其失效原因的目的,，并積累其失效過(guò)程中的各種失效因素,，最終反饋到固態(tài)鋰電池設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)達(dá)到預(yù)防失效或延長(zhǎng)壽命的目的。固態(tài)鋰電池是一個(gè)復(fù)雜體系,，失效分析涉及電池的電化學(xué)性能分析,，熱性能分析，力學(xué)性能分析,，結(jié)構(gòu)分析,，成分分析，物相分析,，價(jià)態(tài)分析,，功能組

分析等,，主要采用電化學(xué)測(cè)試、先進(jìn)的原位/非原位表征以及理論計(jì)算和數(shù)值模型模擬等手段,。研究人員開展了大量的失效機(jī)制研究,，提出了多種電池失效機(jī)制，包括電極與電解質(zhì)的固/固界面問(wèn)題,、負(fù)極鋰金屬的枝晶生長(zhǎng),、正極結(jié)構(gòu)演變與機(jī)械失效、電解質(zhì)失效等,。

2,、固態(tài)鋰電池電極過(guò)程中的原位研究

近幾年，伴隨著先進(jìn)表征技術(shù)的發(fā)展,，使得界面研究成為可能，固態(tài)電池內(nèi)在反應(yīng)機(jī)理的深入研究也因此取得了一定的進(jìn)展,。傳統(tǒng)的非原位表征技術(shù),，因后處理導(dǎo)致時(shí)間上的推遲，不能提供隨環(huán)境變化而變化的定性,、定量信息,，所以有必要發(fā)展在不同時(shí)間、空間尺度下的原位表征技術(shù),，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池微觀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和離子擴(kuò)散的演變過(guò)程,，圖1展示了各原位表征技術(shù)在SSLBs中的應(yīng)用。

圖1固態(tài)鋰電池電極過(guò)程的原位表征技術(shù)示意圖

其中,，成像表征技術(shù)主要包括原位電子顯微鏡（掃描電子顯微鏡（SEM）,，透射電子顯微鏡（TEM）），原位原子力顯微鏡（AFM）,，原位光學(xué)顯微鏡（OM）和原位X-ray顯微鏡（XRM）,。原位SEM可以揭示電極的形貌演變，如體積膨脹和裂紋的形成OM空間分辨率較低,，但在分析枝晶刺穿電解質(zhì)過(guò)程具有一定優(yōu)勢(shì),。AFM因超高的表面靈敏度，被用于探測(cè)電極表界面的微觀變化,，提供理嵌入/脫出和固體電解質(zhì)中間相的演化過(guò)程,。化學(xué)成分分析技術(shù)包括拉受光譜X-ray基技術(shù)（X-ray光電子能譜（XPS）,，X-ray衍射技術(shù)（XRD）,，X-ray吸收光譜（XAS）），中子深度剖析（NDP）,，核磁共振（NMR）等,。XRD能夠表征材料的體相結(jié)構(gòu),，確定樣品的結(jié)晶度和物相組成，XAS關(guān)注原子配位環(huán)境和化學(xué)態(tài)的信息,，NDP基于中子和原子核之間的相互作用,，提供鯉離子的分布情況和擴(kuò)散路徑基于這些表征手段。

隨著原位技術(shù)的不斷進(jìn)步,，電池內(nèi)部反應(yīng)機(jī)制逐漸清晰化,，優(yōu)化策略也不斷地創(chuàng)新。然而,，對(duì)于復(fù)雜的固態(tài)鋰電池體系仍缺乏系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí),，對(duì)于很多挑戰(zhàn)性的問(wèn)題還需要進(jìn)一步的理解和突破。

針對(duì)固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù),、材料,、市場(chǎng)及產(chǎn)業(yè)等方面的問(wèn)題，中國(guó)粉體網(wǎng)將于12月20-21日在常州舉辦第四屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會(huì),，為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè),，科研院校，以及電動(dòng)車,、儲(chǔ)能,、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺(tái)，開展產(chǎn),、學(xué),、研合作，共同推動(dòng)行業(yè)發(fā)展,。屆時(shí),，燕山大學(xué)唐永福教授將作題為《固態(tài)鋰電池負(fù)極界面失效的多尺度原位研究》的報(bào)告。報(bào)告將介紹近年來(lái)通過(guò)原位透射電鏡,、原位掃描電鏡等多尺度可視化手段對(duì)鋰枝晶及負(fù)極界面失效力-電-化學(xué)耦合特性的原位研究,，直觀解析不同固態(tài)電池體系鋰枝晶的形成及演化機(jī)制，提出鋰枝晶抑制的可能策略,，為長(zhǎng)壽命,、高安全固態(tài)鋰電池的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供參考。

專家簡(jiǎn)介：

唐永福,，燕山大學(xué)教授,，博士生導(dǎo)師。一直以來(lái),，從事固態(tài)電池,、金屬-空氣電池等儲(chǔ)能器件及其關(guān)鍵材料的開發(fā)及原位表征等研究。近年來(lái),，主持國(guó)家自然科學(xué)基金,、教育部霍英東基金等科研項(xiàng)目10余項(xiàng),，獲得河北省自然科學(xué)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)（排名第一）、河北省“青年拔尖人才”,、河北省“三三三”人才等人才項(xiàng)目及榮譽(yù),；以第一/通訊作者在Nat.Nanotechnol.，Angew.Chem.Int.Ed.（2篇）,，Adv.Mater.,，EnergyEnviron.Sci.，NanoLett.（3篇）,，ACSNano（3篇）,，ACSEnergyLett.（2篇），Adv.Funct.Mater.（3篇）,，NanoEnergy（2篇）等期刊發(fā)表論文70余篇,；論文他引3300余次，h因子為32,；申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利15項(xiàng),，已授權(quán)10項(xiàng)。

參考來(lái)源：

田建鑫等.固態(tài)鋰電池電極過(guò)程的原位研究進(jìn)展

呂志文等.固態(tài)鋰電池失效機(jī)制及其研究進(jìn)展

王濤等.固態(tài)電池失效分析

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）

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