固态锂电池为何失效？同济大学研究团队给出了新机制。
北京时间今天（4月18日）凌晨2点，国际顶尖学术期刊《科学》（Science）在线发表了同济大学材料科学与工程学院车用新能源研究院罗巍教授与合作者的研究论文，论文题为“Fatigue of Li metal anode in solid-state batteries”（固态电池锂金属负极的疲劳）。这也是时隔8天，同济大学研究成果再登国际顶刊。
该研究首次发现了固态锂电池金属锂负极疲劳失效现象，揭示了疲劳失效新机制，并提出了抑制疲劳失效改善固态电池性能的新策略。
美国国家加速器实验室杰出科学家、斯坦福电池中心执行主任Jagjit Nanda教授和美国橡树岭国家实验室高级研究员Sergiy Kalnaus博士在同期Science期刊上，对这篇论文进行了专题评述，认为“这一成果提供了固态电池电化学和机械疲劳之间的重要联系”。
近年来，随着新能源汽车蓬勃发展，人们对动力电池的能量密度和安全性提出了更高的要求，锂电池固态化被认为是提升电池安全和能量密度的革命性解决方案，由此固态锂电池在全球范围内引起学术界和产业界的广泛关注。然而，在固态锂电池运行过程中，因锂枝晶生长引起的电池失效和安全隐患严重阻碍了其实际应用，亟需在充分掌握电池失效机制的基础上，开发提升电池性能的新技术。
疲劳是金属材料在受到循环载荷作用时普遍面临的问题，这种载荷会在远低于极限拉伸强度的应力水平下诱发微裂纹和断裂失效。研究团队发现，金属锂负极在受到可逆剥离/镀层引起的循环机械载荷作用时发生了由疲劳造成的失效（图a），证明了疲劳是锂金属的固有特性，其在固态锂电池中也遵循经典的疲劳定律。这一发现是对固态锂电池现有失效机制的新认知，加深了对固态锂电池失效过程的理解。
此研究成果不仅揭示了金属锂疲劳失效是固态锂电池循环过程中性能劣变的主要原因，同时也提出了通过增加疲劳强度来改善固态锂电池循环稳定性的新策略（图2b,c），对实现下一代长寿命固态锂电池具有重要的指导意义。
图.(a)固态锂电池中金属锂负极疲劳失效示意图；(b,c) 通过锂合金化增加疲劳强度改善固态锂电池循环稳定性
同济大学为论文第一完成单位，同济大学罗巍教授和华中科技大学黄云辉教授为论文的共同通讯作者，同济大学材料科学与工程学院2020级博士研究生、同济大学2023年“追求卓越学生奖”获得者王腾锐，陈波副教授和西南交通大学电气工程学院刘毅杰助理教授为该论文共同第一作者。本研究获得了上海市基础研究特区计划和“小米青年学者”项目的资助。
同济大学材料科学与工程学院车用新能源研究院于2015年依托智能型新能源汽车协同创新中心（2011计划）创立，是材料科学与工程学院和汽车学院共同打造的多学科交叉的研究平台。近年来，研究院在金属锂电池、燃料电池等研究领域取得一系列高水平学术成果。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq6807?sessionid=1182197335
