鋰（Li）穿透固體電解質(zhì)（SEs）導(dǎo)致鋰固態(tài)電池（SSBs）短路是阻礙高能量密度SSBs發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。雖然陶瓷SE中的開(kāi)裂經(jīng)常伴隨著鋰的滲透，但鋰沉積和開(kāi)裂之間的相互作用仍然難以捉摸。

基于此，燕山大學(xué)黃建宇教授、張利強(qiáng)研究員及美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)張宿林教授、佐治亞理工學(xué)院朱廷教授等人在聚焦離子束掃描電子顯微鏡（FIB-SEM）內(nèi)構(gòu)建了一個(gè)中尺度SSB，用于以納米分辨率原位觀察SE中鋰沉積誘導(dǎo)的裂紋。

結(jié)果表明，Li主要沿石榴石Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂ (LLZTO) 中的穿晶裂紋傳播，裂紋從電極表面下方的LLZTO內(nèi)部開(kāi)始，然后向LLZTO表面彎曲擴(kuò)展。

圖1. 延時(shí)SEM圖像顯示單個(gè)LLZTO晶粒中的裂紋成核和擴(kuò)展

由此產(chǎn)生的碗狀裂紋類似于內(nèi)部裂紋表面高流體壓力引起的水力壓裂，表明鋰沉積誘導(dǎo)壓力是裂紋萌生和擴(kuò)展的主要驅(qū)動(dòng)力。Li沉積產(chǎn)生的高壓進(jìn)一步得到了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的支持，填充Li在裂紋側(cè)翼之間流動(dòng)，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展和傳播。

這項(xiàng)工作揭示了鋰沉積和SE中開(kāi)裂之間的動(dòng)態(tài)相互作用，并提供了對(duì)減輕SSB中鋰枝晶滲透的見(jiàn)解。

圖2. 碗狀裂紋形成機(jī)理示意圖

In situ observation of Li deposition-induced cracking in garnet solid electrolytes, Energy & Environmental Materials 2021. DOI: 10.1002/eem2.12261