​姚彦AEM：仅需3%镁掺杂，大幅度提高锂负极-固态电解质界面稳定性

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​姚彦AEM：仅需3%镁掺杂，大幅度提高锂负极-固态电解质界面稳定性
固态锂金属电池具有高比能量和安全潜能，已成为电动汽车的一项前景广阔的技术。然而，在电池制造过程中实现锂与电解质的亲密接触仍是一项挑战。为了促进密切接触，需要足够的制造压力，但这种压力会导致锂变形并渗入电解质，从而导致电池性能不佳。
​姚彦AEM：仅需3%镁掺杂，大幅度提高锂负极-固态电解质界面稳定性
图1 对称电池阻抗和形态随制造压力的变化
休斯顿大学姚彦等提出了一种方法，通过加入3%的镁来改变锂的应变硬化行为，从而在电池制造过程中实现金属负极与固态电解质的亲密接触。这种Li─Mg负极能够承受很高的制造压力（50-65 兆帕）而不会渗透电解质。
相比之下，纯锂负极很难保持接触而无电解质渗透的风险。纯锂遵循Voce硬化定律，允许无约束变形，而Li─Mg则不同，它遵循Swift硬化定律，在压缩应力下随应变而增强。
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图2 Li和Li─Mg在压缩应力下的变形
此外，有限元分析表明，与纯锂不同，Li─Mg不会穿透固态电解质表面的缺陷。采用Li─Mg电极的对称电池的临界电流比锂金属电极高出 200%。因此，这种方法可以实现固态电池的大电流循环。这种方法在需要高压以确保锂与电解质亲密接触与保护电解质之间取得了平衡。这项工作的研究强调了金属电极的机械性能在固态电池加工中的重要性。
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图3 临界电流密度测试
Taming Metal–Solid Electrolyte Interface Instability via Metal Strain Hardening. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300679

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