清华大学张强教授：首次揭示锂金属软包电池全生命周期的热失控特性！

高能量密度的锂金属电池（LMBs）被广泛接受为有前景的下一代储能系统。然而，人们很少对实用LMB的安全特性进行定量探索。

清华大学张强等通过扩展体积加速率量热法和差示扫描量热法，定量研究了3.26 Ah (343 Wh kg^-1) Li|LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂软包电池在全生命周期的热失控行为。

图1. EV-ARC测试的循环软包电池的热失控特性

研究发现，随着循环次数的增加，电池的热稳定性会随着负极上树枝状物的积累而降低。对于没有热失控的原始电池，176.1°C的高T₁（自热升温速率达到0.02°C min^-1时的临界温度）表明，出色的热稳定性是由于新鲜的电极材料，特别是金属锂。在初始充电后，随着T₁下降到112.2°C，激活的电池就会触发热失控。20次循环后，循环电池的热稳定性急剧下降。

这是由于在负极产生了大量的SEI和树枝状Li，导致T₁降至72.7℃，T₂（自热升温速率达到1 °C s^-1时的临界温度）从215.3℃降至88.2℃。热失控是由Li与电解质的反应引发的。负极和正极的反应以及电解质的燃烧导致电池温度升高到 T₃（热失控后电池达到的最高温度）。

图2. 当前锂金属电池的连锁反应热失控图

这项工作首次揭示了锂金属软包电池在整个生命周期中的热失控特征。抑制枝晶生长和降低金属锂负极与电解质的反应活性至关重要，尤其是在高温下。高度期望优化的电解质可以缓解枝晶问题并提高实际锂金属电池的T₂温度。这项工作可以深入了解锂金属电池的热失控机制，并可以为安全锂金属电池的发展提供新的启示。

图3. EV-ARC测试的软包电池的热失控特性

Dendrite-accelerated thermal runaway mechanisms of lithium metal pouch batteries. SusMat 2022. DOI: 10.1002/sus2.74

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清华大学张强教授：首次揭示锂金属软包电池全生命周期的热失控特性！

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