张跃钢课题组在全固态锂金属电池研究中取得进展

日期： 2025-02-13

浏览次数: 197

来源：清华大学物理系

硫化物固态电解质Li5.5PS4.5Cl1.5具有锂离子电导率高（≈10 mS/cm）、机械加工性能优异、与金属锂负极的化学兼容性良好等优点，是构建具有高能量密度与高安全性的全固态锂金属电池的最具潜力的候选电解质材料之一。

尽管如此，仍有大量研究表明，即使在较低的电流密度下（0.5-1 mA/cm2），全固态金属锂电池中锂枝晶穿透硫化物固态电解质层导致电池短路的问题依然无法避免。这一问题通常被归因于如下的一系列过程：锂在电解质表面的不均匀沉积导致局域位点的电流密度过高，进而引发电解质裂缝的形成，沉积的锂通过这些裂缝向对电极渗透最终导致电池短路。在这一基础上，为了更清晰且具体地理解锂枝晶造成电池短路的整个过程，以下几个问题亟待得到解答：（1）锂在电解质开放表面（无外部压力）的本征沉积行为是怎样的？（2）裂缝中的自由空间如何影响锂在其中的生长行为？（3）锂在电解质开放表面（自由空间）与电解质内部裂缝（受限自由空间）中的生长行为有何异同？

最近，清华大学物理系张跃钢课题组通过设计构建一系列模型固态电池（基于探针电极的固态电池、基于可阻隔应力的集流体的固态电池、基于人工预构建固态电解质裂缝的固态电池），并结合非原位/原位的显微学与谱学表征手段，对金属锂在电解质开放表面与内部裂缝中的生长行为与微观结构进行了研究，并讨论了自由空间对其的影响。研究发现，当在电解质开放表面（自由空间）沉积锂时，锂呈现出垂直于电解质表面的柱状生长行为，并优先沿（110）晶面生长。当在电解质内部裂缝（受限自由空间）内沉积锂时，锂的生长遵循两种主要模式：（1）通过扩散蠕变，沿着裂缝侧壁表面向对电极渗透，最终到达对电极并导致短路，这一过程中锂不需要完全填充裂缝；（2）垂直于裂缝侧壁表面的柱状生长，并向裂缝内部的自由空间延伸。研究团队还发现，金属锂在初始状态下受外部压力挤压侵入电解质的程度决定了施加电流后锂沿着裂缝向对电极渗透的速率。作为进一步验证，完整的致密烧结电解质（相对密度为99%）最大限度地减少了初始状态下金属锂的挤压侵入，从而使得电池可在6.37 mA/cm²的高电流密度下实现锂沉积而不发生短路，且面容量超过76 mAh/cm²。这一研究工作阐释的锂生长机制为进一步解决全固态锂金属电池中的锂枝晶穿透短路问题提供了重要指导。

这项研究成果以“Influence of Free Space on Lithium Growth Behavior at Open Surfaces and Internal Cracks of Sulfide-based Solid Electrolyte” 为题发表在学术期刊Advanced Materials上。清华大学物理系张跃钢教授为该文的通讯作者，清华大学物理系2019级博士生任帅阳为文章的第一作者。该项工作得到国家重点研发计划项目(2022YFA1203400)的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202414239

上一篇：巴西PCH稀土矿新发现碳酸岩型矿化下一篇：上海光机所在n型β-Ga2O3单晶光电性能调控方面取得进展

Hot News / 相关推荐

源自八角核盘的五角八核-CO32−桥接六八核镧系元素-碱桶

2025 - 09 - 08

点击次数: 16

来源：X-MOL膦酸镧系碳酸盐笼因其刚性框架和金属离子的固有特性而在多功能分子基材料的开发中备受追捧。然而，膦酸盐和碳酸盐与镧系元素离子的协同配位限制了它们的系统探索。在这里，我们开发了一种有效的方法，通过逐步程序合成必要的具有三壳拓扑结构的膦酸镧系元素碳酸盐化合物，该方法采用涉及多个多组分系统组装的策略，针对独特的 C2 对称双腙基共配体。所得的八核核盘[Dy16K12（μ4-O 3PC10H...

Aclara获得美国500万美元资金开发重稀土

2025 - 09 - 08

点击次数: 15

来源：中国稀土网加拿大稀土生产商Aclara Resources从美国国际开发金融公司(DFC)获得了高达500万美元的项目开发资金，用于其在巴西的Carina重稀土项目。Aclara表示，这些资金将支持2025年7月启动的可行性研究，预计将于2026年第一季度末完成国际发展金融公司是一家美国政府机构，与私营部门合作，为全球战略投资调动资金。如果Aclara完成超过5000万美元的单轮融资，或在1...

氧化铈掺杂酚醛树脂复合材料的制备及性能

2025 - 09 - 05

点击次数: 61

来源：X-MOL本研究采用不同部分的纳米铈（CeO2）填充改性酚醛树脂（PF），制备酚醛树脂铸件体。采用差示扫描量热法（DSC）测定酚醛树脂固化特征温度，建立树脂固化反应动力学方程，研究 CeO2 纳米颗粒对酚醛树脂固化过程的影响。对铸件进行密度、机械性能、耐热性和烧蚀性能测试。结果表明，当添加 5phr CeO2 时，PF 铸体的密度达到最高值，为 1.30 g/cm3;CeO2 颗粒可以降低树...

铭记历史，汲取奋进力量——稀土联合支部观看纪念抗战胜利80周年大会直播

2025 - 09 - 03

点击次数: 97

2025年9月3日上午，上海稀土聚氨酯硅酸盐协会联合支部全体党员怀着无比崇敬的心情，通过集中观看、居家学习、移动设备直播等多种方式，同步收看纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会直播，共同回顾那段波澜壮阔的历史，缅怀先烈，深刻学习领会习近平总书记重要讲话精神，汲取开创未来的奋进力量。在阅兵式中，伴随着激昂的军乐，徒步方队、装备方队、空中梯队依次通过天安门广场，全新的军旗引领着整齐划...