三通讯单位联发Nano Lett.: 锂沉积诱导的碳纳米管断裂及其对固态电池的影响

随着对储能器件安全和高密度储能的需求不断增长，研究重点已从基于液体电解质的锂离子电池转向固态电池 (SSB)。然而，不可控的锂枝晶生长和短路阻碍了 SSB的应用，其机制仍然难以捉摸。

在此，燕山大学唐永福教授、黄建宇教授与韩国蔚山国立科学技术院（UNIST）丁峰教授、美国宾夕法尼亚州立大学张宿林教授等人报道了一种方案利用原位TEM来可视化碳纳米管（CNTs）内部受限空间中的Li沉积，以模拟固体电解质（SE）裂纹内的Li沉积动力学，其中高强度的CNT壁模拟了机械强度较强的SEs。

图1. 原始和锂化碳纳米管的径向压缩

作者观察到沉积的锂在碳纳米管中以蠕动固体的形式传播，为应力松弛提供了有效的途径。当应力松弛通路被阻断时，锂沉积引起的应力达到千兆帕水平并导致碳纳米管断裂。

力学分析表明，界面亲锂性是控制锂沉积动力学和应力松弛的关键。这项研究为抑制锂枝晶生长和构建高能量密度、电化学和机械坚固的SSB 提供了关键策略。

图2. 碳纳米管中锂沉积过程的动力学、应力松弛和积累

Lithium Deposition-Induced Fracture of Carbon Nanotubes and Its Implication to Solid-State Batteries, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01910

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三通讯单位联发Nano Lett.: 锂沉积诱导的碳纳米管断裂及其对固态电池的影响

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