優秀論文｜雙原位策略下固態鋰金屬電池的循環和熱安全特性

中國科學技術大學王青松教授團隊在Journal of Energy Chemistry（IF：14）發表題為Revealing cycling and thermal safety characteristics of LiFePO4 solid-state lithium metal batteries under dual in-situ strategy的論文，該成果由中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室、廣東省重點領域研發計劃（2024B1111080001）、國家自然科學基金（52204248和52474258）和中國科學院青年創新促進會（Y201768）等機構聯合支持。

固態鋰金屬電池（SSB）被認為是zui有前景的新型高比能鋰離子電池之一。針對鋰金屬電池中界面相容性差導致的電化學性能衰減、鋰枝晶生長引發的安全風險等關鍵問題，王青松教授團隊提出了“雙原位制備策略"（原位聚合固態電解質+鋰金屬負極原位改性），通過原位產熱/產氣分析、原位循環產熱測試等手段，證實該策略可顯著提升固態鋰金屬電池(SSB)的循環穩定性與熱安全性。

部分研究成果展示

研究借助仰儀科技TAC-500A絕熱加速量熱儀，在HWS模式下系統測試100%SOC時固態鋰金屬電池(SSB)與傳統鋰離子電池的絕熱熱失控行為，精準獲取到自發熱起始溫度（T_onset）、熱失控觸發溫度（T_tr）等關鍵參數，為量化評估固態鋰金屬電池(SSB)熱安全性能提供了熱力學與動力學數據支撐。

仰儀科技TAC-500A絕熱加速量熱儀

本研究中TAC-500A的應用

熱濫用條件下的安全性分析

本研究采用TAC-500A絕熱加速量熱儀HWS模式，測試并對比分析兩種固態鋰金屬電池（LFP/SSE/Li、LFP/SSE/ModLi）和液態電池（LIB）的絕熱熱失控特性，獲取了包括自發熱起始溫度（T_onset）、熱失控觸發溫度（T_tr）、zui高溫度（T_max）及升溫速率（dT/dt）、熱失控誘導時間和活化能（Ea）等多項參數，并結合雷達圖分析，量化了固態鋰金屬電池(SSB)與液態電池(LIB)的熱穩定性差異。

結果表明，在絕熱加熱熱失控實驗中，固態鋰金屬電池(SSB)的自發熱起始溫度相比液態電池(LIB)滯后超過30℃，熱失控出發溫度也隨之提升。并且zui高溫度以及zui高溫升速率的降低也證實了固態鋰金屬電池(SSB)較低的熱失控危害性。

在外部加熱實驗中，固態電池從起始熱失控溫度到熱失控zui高溫的時間間隔為131s，與液態電池的38s相比具有大幅度的延遲，為消防滅火措施的開展爭取了時間。

部分研究成果展示

部分研究成果展示

總結

研究表明，固態電解質的雙原位制造策略有效地解決了固態鋰金屬電池中電化學兼容性和安全風險的關鍵問題，在提高性能的同時降低了安全隱患。該方法為未來固態鋰金屬電池的研究提供了有價值的見解。