記者5月8日從中國科大獲悉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州高等研究院潘挺睿教授、常煜研究員團隊與中國科大談鵬教授團隊，聯(lián)合中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院唐永炳教授、張帆研究員團隊，開發(fā)出長效穩(wěn)定的鋰離子電池原位膨脹力監(jiān)測技術(shù)。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《國家科學(xué)評論》。

鋰離子電池因其高能量密度和長循環(huán)壽命而成為電動汽車和儲能系統(tǒng)的核心。然而，鋰枝晶生長、固體電解質(zhì)界面膜生長等問題威脅著電池的使用安全與服役壽命。在電池內(nèi)原位檢測枝晶和固體電解質(zhì)界面膜生長過程中的膨脹力變化，被認(rèn)為是實現(xiàn)早期預(yù)警和精準(zhǔn)監(jiān)測的有效方法。傳統(tǒng)的植入式光纖監(jiān)測方法存在系統(tǒng)尺寸大、光纖力學(xué)性能脆弱等問題;而柔性壓力傳感器在腐蝕性電解液環(huán)境中長期穩(wěn)定性不足。

針對這一挑戰(zhàn)，研究團隊開發(fā)了一種基于一體式離電傳感技術(shù)的新型原位監(jiān)測技術(shù)，利用鋰離子電池自身的電解液和材料構(gòu)建傳感界面，無需額外封裝即可實現(xiàn)高精度壓力監(jiān)測。這種結(jié)構(gòu)不僅與電池材料高度兼容，還解決了傳統(tǒng)柔性壓力傳感器在腐蝕性環(huán)境中的穩(wěn)定性難題。

實驗表明，一體式離電傳感技術(shù)可以對極小(單帕斯卡)級別的膨脹力變化產(chǎn)生響應(yīng)，并能在電池內(nèi)穩(wěn)定工作超過1個月。該技術(shù)可通過壓力曲線不對稱性和峰值變化捕捉到鋰枝晶的不可逆沉積。作為驗證，通過充放電循環(huán)400周加速老化實驗，記錄了因固體電解質(zhì)界面膜增厚和鋰枝晶生長導(dǎo)致的壓力累積，發(fā)現(xiàn)壓力變化與容量衰減趨勢高度吻合。

研究人員介紹，該技術(shù)為智能電池設(shè)計開辟了新路徑，其低成本、高精度和長壽命特性尤其適用于車載電池管理系統(tǒng)。