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

  • 更新時(shí)間:2025-07-09
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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“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


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(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。