優(yōu)秀論文｜雙原位策略下固態(tài)鋰金屬電池的循環(huán)和熱安全特性

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)王青松教授團隊在Journal of Energy Chemistry（IF：14）發(fā)表題為Revealing cycling and thermal safety characteristics of LiFePO4 solid-state lithium metal batteries under dual in-situ strategy的論文，該成果由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室、廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃（2024B1111080001）、國家自然科學(xué)基金（52204248和52474258）和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會（Y201768）等機構(gòu)聯(lián)合支持。

固態(tài)鋰金屬電池（SSB）被認(rèn)為是zui有前景的新型高比能鋰離子電池之一。針對鋰金屬電池中界面相容性差導(dǎo)致的電化學(xué)性能衰減、鋰枝晶生長引發(fā)的安全風(fēng)險等關(guān)鍵問題，王青松教授團隊提出了“雙原位制備策略"（原位聚合固態(tài)電解質(zhì)+鋰金屬負(fù)極原位改性），通過原位產(chǎn)熱/產(chǎn)氣分析、原位循環(huán)產(chǎn)熱測試等手段，證實該策略可顯著提升固態(tài)鋰金屬電池(SSB)的循環(huán)穩(wěn)定性與熱安全性。

部分研究成果展示

研究借助仰儀科技TAC-500A絕熱加速量熱儀，在HWS模式下系統(tǒng)測試100%SOC時固態(tài)鋰金屬電池(SSB)與傳統(tǒng)鋰離子電池的絕熱熱失控行為，精準(zhǔn)獲取到自發(fā)熱起始溫度（T_onset）、熱失控觸發(fā)溫度（T_tr）等關(guān)鍵參數(shù)，為量化評估固態(tài)鋰金屬電池(SSB)熱安全性能提供了熱力學(xué)與動力學(xué)數(shù)據(jù)支撐。

仰儀科技TAC-500A絕熱加速量熱儀

本研究中TAC-500A的應(yīng)用

熱濫用條件下的安全性分析

本研究采用TAC-500A絕熱加速量熱儀HWS模式，測試并對比分析兩種固態(tài)鋰金屬電池（LFP/SSE/Li、LFP/SSE/ModLi）和液態(tài)電池（LIB）的絕熱熱失控特性，獲取了包括自發(fā)熱起始溫度（T_onset）、熱失控觸發(fā)溫度（T_tr）、zui高溫度（T_max）及升溫速率（dT/dt）、熱失控誘導(dǎo)時間和活化能（Ea）等多項參數(shù)，并結(jié)合雷達(dá)圖分析，量化了固態(tài)鋰金屬電池(SSB)與液態(tài)電池(LIB)的熱穩(wěn)定性差異。

結(jié)果表明，在絕熱加熱熱失控實驗中，固態(tài)鋰金屬電池(SSB)的自發(fā)熱起始溫度相比液態(tài)電池(LIB)滯后超過30℃，熱失控出發(fā)溫度也隨之提升。并且zui高溫度以及zui高溫升速率的降低也證實了固態(tài)鋰金屬電池(SSB)較低的熱失控危害性。

在外部加熱實驗中，固態(tài)電池從起始熱失控溫度到熱失控zui高溫的時間間隔為131s，與液態(tài)電池的38s相比具有大幅度的延遲，為消防滅火措施的開展?fàn)幦×藭r間。

部分研究成果展示

部分研究成果展示

總結(jié)

研究表明，固態(tài)電解質(zhì)的雙原位制造策略有效地解決了固態(tài)鋰金屬電池中電化學(xué)兼容性和安全風(fēng)險的關(guān)鍵問題，在提高性能的同時降低了安全隱患。該方法為未來固態(tài)鋰金屬電池的研究提供了有價值的見解。