​厦大杨勇AEM：通过操作压力测量解密硫化物全固态锂金属电池中由内部应力引发的微短路事件

尽管硫化物固态电解质（SSE）的刚度相对较低，使其能够更好地成型并适应活性材料的体积变化，但其低断裂韧性（KIC）表明其很容易因电化学机械应力而断裂。这种对机械损伤的敏感性以及随后的锂丝穿透（表现为微短路事件）严重阻碍了金属锂在高能量密度硫化物全固态锂金属电池（ASSLMB）中的实际应用。

在此，厦门大学杨勇团队提出了一种利用外部压力传感器对 LTO/SSE/Li 配置进行Operando精确压力测量的方法。通过使用零应变LTO 作为对电极，锂金属负极的应力演化被定量解耦。

首先，作者研究了锂金属电池在几种典型工作条件下的失效行为，包括各种面积容量和电流密度。同时，作者提出了两种微短路模式（轻微软短路和严重软短路），并根据锂金属负极的电化学机械响应揭示了其相应的机理。此外，作者还通过电化学机械有限元模型（FEM）解释了实验中与内应力相关的失效行为，并为现实的锂金属负极工作条件提供了”安全区”。

图1. LTO/SSE/Li 电池在轻微软短路条件下的分析

总之，该工作通过操作压力测量成功解密了硫化物基ASSLMB中的微短路事件。通过设计LTO/SSE/Li配置电池，定量解耦了锂金属负极在充放电过程中的应力演变。

结果表明，微短路事件发生后，LMA中应力演变的对称性被打破。此外，作者还从内应力演变的角度揭示了微短路事件的失效机理以及两种模式（轻微/严重软短路）下相应的电化学/化学反应过程。通过结合电化学机械结果和相关的有限元分析，作者提供了与内应力相关的”安全区”，作为影响现实电池中锂离子金属负极临界电流密度(CCD)的重要补充因素。

总之，该项研究提供了对硫化物基ASSLMB中机械故障诱发的微短路事件的新颖而深刻的理解，并为开发实用的高性能LMB提供了一些启示。

图2. 内应力相关机械故障的电化学-机械模型

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