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隨著對儲能器件安全和高密度儲能的需求不斷增長，研究重點(diǎn)已從基于液體電解質(zhì)的鋰離子電池轉(zhuǎn)向固態(tài)電池 (SSB)。然而，不可控的鋰枝晶生長和短路阻礙了 SSB的應(yīng)用，其機(jī)制仍然難以捉摸。

三通訊單位聯(lián)發(fā)Nano Lett.: 鋰沉積誘導(dǎo)的碳納米管斷裂及其對固態(tài)電池的影響

在此，燕山大學(xué)唐永福教授、黃建宇教授與韓國蔚山國立科學(xué)技術(shù)院（UNIST）丁峰教授、美國賓夕法尼亞州立大學(xué)張宿林教授等人報(bào)道了一種方案利用原位TEM來可視化碳納米管（CNTs）內(nèi)部受限空間中的Li沉積，以模擬固體電解質(zhì)（SE）裂紋內(nèi)的Li沉積動(dòng)力學(xué)，其中高強(qiáng)度的CNT壁模擬了機(jī)械強(qiáng)度較強(qiáng)的SEs。

圖1. 原始和鋰化碳納米管的徑向壓縮

作者觀察到沉積的鋰在碳納米管中以蠕動(dòng)固體的形式傳播，為應(yīng)力松弛提供了有效的途徑。當(dāng)應(yīng)力松弛通路被阻斷時(shí)，鋰沉積引起的應(yīng)力達(dá)到千兆帕水平并導(dǎo)致碳納米管斷裂。

力學(xué)分析表明，界面親鋰性是控制鋰沉積動(dòng)力學(xué)和應(yīng)力松弛的關(guān)鍵。這項(xiàng)研究為抑制鋰枝晶生長和構(gòu)建高能量密度、電化學(xué)和機(jī)械堅(jiān)固的SSB 提供了關(guān)鍵策略。

圖2. 碳納米管中鋰沉積過程的動(dòng)力學(xué)、應(yīng)力松弛和積累

Lithium Deposition-Induced Fracture of Carbon Nanotubes and Its Implication to Solid-State Batteries, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01910

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