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AEM: Operando壓力分析揭密實(shí)用Li-S軟包電池失效機(jī)理及優(yōu)化方法

對于鋰硫電池的商業(yè)化，軟包電池水平的研究至關(guān)重要，因?yàn)橐恍┰谳^小級別可以被忽略或被認(rèn)為最小化的問題可能會(huì)對軟包電池的性能產(chǎn)生更大的影響。

在此，美國愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室Bin Li等人通過operando壓力分析，對實(shí)用鋰硫（Li-S）軟包電池的失效機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，并提出了改善Li-S電池性能的方法。

研究表明，正極/隔膜的高度多孔結(jié)構(gòu)和電解液通過正極/隔膜的緩慢擴(kuò)散都會(huì)導(dǎo)致初始潤濕性差。此外，鋰金屬負(fù)極在整個(gè)軟包電池的厚度變化中占主導(dǎo)地位，這通過原位測量的壓力變化得到證實(shí)。

圖1. 不良潤濕機(jī)制的示意圖

因此，作者提出并驗(yàn)證了一種將歸一化壓力與dp/dv分析相結(jié)合的實(shí)時(shí)方法，以診斷鋰金屬負(fù)極的形態(tài)演變。此外，正極的施加壓力和孔隙率/曲率比（ε/τ）都被認(rèn)為是影響負(fù)極性能的獨(dú)立因素。除了穩(wěn)定負(fù)極之外，在外部施加高堆棧壓力被證明可以改善正極連接性并避免循環(huán)過程中正極開裂，這提高了開發(fā)具有高硫質(zhì)量負(fù)載正極的可能性。

這項(xiàng)工作提供了對Li-S軟包電池設(shè)計(jì)（例如正極和隔膜）的見解，并突出了通過施加和監(jiān)測壓力且將該壓力操作系統(tǒng)應(yīng)用于Li-S電池，對于改善電池的循環(huán)性能、提高能量密度以及安全管理都具有極大的幫助。

圖2. 軟包電池中鋰金屬負(fù)極形態(tài)作為ε/τ值和堆棧壓力的函數(shù)

Unlocking Failure Mechanisms and Improvement of Practical Li–S Pouch Cells through In Operando Pressure Study, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202103048

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