中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王青松教授團(tuán)隊(duì)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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃（2024B1111080001）、國(guó)家自然科學(xué)基金（52204248和52474258）和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（Y201768）等機(jī)構(gòu)聯(lián)合支持。
固態(tài)鋰金屬電池（SSB）被認(rèn)為是最有前景的新型高比能鋰離子電池之一。針對(duì)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(zhǎng)引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)等關(guān)鍵問題，王青松教授團(tuán)隊(duì)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(cè)試等手段，證實(shí)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(cè)試100%SOC時(shí)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（Tonset）、熱失控觸發(fā)溫度（Ttr）等關(guān)鍵參數(shù)，為量化評(píng)估固態(tài)鋰金屬電池(SSB)熱安全性能提供了熱力學(xué)與動(dòng)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(cè)試并對(duì)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（Tonset）、熱失控觸發(fā)溫度（Ttr）、最高溫度（Tmax）及升溫速率（dT/dt）、熱失控誘導(dǎo)時(shí)間和活化能（Ea）等多項(xiàng)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(shí)驗(yàn)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。并且最高溫度以及最高溫升速率的降低也證實(shí)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(shí)驗(yàn)中，固態(tài)電池從起始熱失控溫度到熱失控最高溫的時(shí)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(shí)間。
部分研究成果展示
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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(xiǎn)的關(guān)鍵問題，在提高性能的同時(shí)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(jià)值的見解。
