盡管硫化物固態(tài)電解質(zhì)（SSE）的剛度相對(duì)較低，使其能夠更好地成型并適應(yīng)活性材料的體積變化，但其低斷裂韌性（KIC）表明其很容易因電化學(xué)機(jī)械應(yīng)力而斷裂。這種對(duì)機(jī)械損傷的敏感性以及隨后的鋰絲穿透（表現(xiàn)為微短路事件）嚴(yán)重阻礙了金屬鋰在高能量密度硫化物全固態(tài)鋰金屬電池（ASSLMB）中的實(shí)際應(yīng)用。

在此，廈門大學(xué)楊勇團(tuán)隊(duì)提出了一種利用外部壓力傳感器對(duì) LTO/SSE/Li 配置進(jìn)行Operando精確壓力測量的方法。通過使用零應(yīng)變LTO 作為對(duì)電極，鋰金屬負(fù)極的應(yīng)力演化被定量解耦。

首先，作者研究了鋰金屬電池在幾種典型工作條件下的失效行為，包括各種面積容量和電流密度。同時(shí)，作者提出了兩種微短路模式（輕微軟短路和嚴(yán)重軟短路），并根據(jù)鋰金屬負(fù)極的電化學(xué)機(jī)械響應(yīng)揭示了其相應(yīng)的機(jī)理。此外，作者還通過電化學(xué)機(jī)械有限元模型（FEM）解釋了實(shí)驗(yàn)中與內(nèi)應(yīng)力相關(guān)的失效行為，并為現(xiàn)實(shí)的鋰金屬負(fù)極工作條件提供了”安全區(qū)”。

圖1. LTO/SSE/Li 電池在輕微軟短路條件下的分析

總之，該工作通過操作壓力測量成功解密了硫化物基ASSLMB中的微短路事件。通過設(shè)計(jì)LTO/SSE/Li配置電池，定量解耦了鋰金屬負(fù)極在充放電過程中的應(yīng)力演變。

結(jié)果表明，微短路事件發(fā)生后，LMA中應(yīng)力演變的對(duì)稱性被打破。此外，作者還從內(nèi)應(yīng)力演變的角度揭示了微短路事件的失效機(jī)理以及兩種模式（輕微/嚴(yán)重軟短路）下相應(yīng)的電化學(xué)/化學(xué)反應(yīng)過程。通過結(jié)合電化學(xué)機(jī)械結(jié)果和相關(guān)的有限元分析，作者提供了與內(nèi)應(yīng)力相關(guān)的”安全區(qū)”，作為影響現(xiàn)實(shí)電池中鋰離子金屬負(fù)極臨界電流密度(CCD)的重要補(bǔ)充因素。

總之，該項(xiàng)研究提供了對(duì)硫化物基ASSLMB中機(jī)械故障誘發(fā)的微短路事件的新穎而深刻的理解，并為開發(fā)實(shí)用的高性能LMB提供了一些啟示。

圖2. 內(nèi)應(yīng)力相關(guān)機(jī)械故障的電化學(xué)-機(jī)械模型

Decoding Internal Stress-Induced Micro-Short Circuit Events in Sulfide-Based All-Solid-State Li-Metal Batteries via Operando Pressure Measurements, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302643