AEM: Operando压力分析揭密实用Li-S软包电池失效机理及优化方法

对于锂硫电池的商业化，软包电池水平的研究至关重要，因为一些在较小级别可以被忽略或被认为最小化的问题可能会对软包电池的性能产生更大的影响。

在此，美国爱达荷州国家实验室Bin Li等人通过operando压力分析，对实用锂硫（Li-S）软包电池的失效机理进行了深入的研究，并提出了改善Li-S电池性能的方法。

研究表明，正极/隔膜的高度多孔结构和电解液通过正极/隔膜的缓慢扩散都会导致初始润湿性差。此外，锂金属负极在整个软包电池的厚度变化中占主导地位，这通过原位测量的压力变化得到证实。

图1. 不良润湿机制的示意图

因此，作者提出并验证了一种将归一化压力与dp/dv分析相结合的实时方法，以诊断锂金属负极的形态演变。此外，正极的施加压力和孔隙率/曲率比（ε/τ）都被认为是影响负极性能的独立因素。除了稳定负极之外，在外部施加高堆栈压力被证明可以改善正极连接性并避免循环过程中正极开裂，这提高了开发具有高硫质量负载正极的可能性。

这项工作提供了对Li-S软包电池设计（例如正极和隔膜）的见解，并突出了通过施加和监测压力且将该压力操作系统应用于Li-S电池，对于改善电池的循环性能、提高能量密度以及安全管理都具有极大的帮助。

图2. 软包电池中锂金属负极形态作为ε/τ值和堆栈压力的函数

Unlocking Failure Mechanisms and Improvement of Practical Li–S Pouch Cells through In Operando Pressure Study, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202103048

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