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三通訊單位聯發Nano Lett.: 鋰沉積誘導的碳納米管斷裂及其對固態電池的影響

隨著對儲能器件安全和高密度儲能的需求不斷增長，研究重點已從基于液體電解質的鋰離子電池轉向固態電池 (SSB)。然而，不可控的鋰枝晶生長和短路阻礙了 SSB的應用，其機制仍然難以捉摸。

在此，燕山大學唐永福教授、黃建宇教授與韓國蔚山國立科學技術院（UNIST）丁峰教授、美國賓夕法尼亞州立大學張宿林教授等人報道了一種方案利用原位TEM來可視化碳納米管（CNTs）內部受限空間中的Li沉積，以模擬固體電解質（SE）裂紋內的Li沉積動力學，其中高強度的CNT壁模擬了機械強度較強的SEs。

圖1. 原始和鋰化碳納米管的徑向壓縮

作者觀察到沉積的鋰在碳納米管中以蠕動固體的形式傳播，為應力松弛提供了有效的途徑。當應力松弛通路被阻斷時，鋰沉積引起的應力達到千兆帕水平并導致碳納米管斷裂。

力學分析表明，界面親鋰性是控制鋰沉積動力學和應力松弛的關鍵。這項研究為抑制鋰枝晶生長和構建高能量密度、電化學和機械堅固的SSB 提供了關鍵策略。

圖2. 碳納米管中鋰沉積過程的動力學、應力松弛和積累

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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