Nature Energy|“压力”给到锂金属软包电池

一、【科学背景】

锂(Li)金属电池具有高能量密度，外界压力下导致的体积变化和电池膨胀会带来安全性挑战。但在大尺寸软包电池中，外部压力与锂离子电镀行为之间的相互作用尚不明确。

二、【科学贡献】

美国太平洋西北国家实验室肖婕、刘俊团队深入研究了外部施加压力对350 Wh kg⁻¹软包电池中电镀和剥离锂的影响。研究者采用混合设计，系统研究了压力与锂金属电镀过程之间的基本关系，发现适当的外部压力可以显著减少软包电池膨胀，同时能够提高锂金属电池性能。

图1 在不同初始外部压力下（a, d, g—110kPa；b, e, h—179kPa；c, f, i—248 kPa），对3个350wh kg⁻¹Li/NMC622袋状电池(2Ah)进行原位压力监测

图2 锂/NMC622软包电池不同阶段的锂利用

图3 不同初始压力下大量循环前后的锂金属袋状电池

图4 350wh kg⁻¹Li/NMC622袋状电池(2Ah)原型电池在循环过程中的表面压力分布映射及其与循环后锂金属形态的相关性

图5 电镀过程中Li⁺绕道行为的实验与理论研究

团队提出了一个两阶段循环过程，显示控制袋电池膨胀小于10%，可与最先进的锂离子电池相媲美。

三、【创新点】

本文弥补了大尺寸软包电池中外部压力与锂离子电镀行为之间的相互作用研究的空白。

四、【科学启迪】

在循环过程中软包电池表面的压力分布图揭示了在阳极侧的中心区域优先镀上Li⁺以及电镀过程中Li⁺复杂的迂回行为的规律，为后续解决不均匀的Li电镀和提高Li金属电池技术提供了真实有效且极具价值的参考意义。

原文详情：https://doi.org/10.1038/s41560-024-01488-9