以往对于固态电池的研究,很可能太片面了。
发表在最新一期Science上的一篇综述,提出了这个观点。
因为想要实现高性能、高循环寿命的固态电池,现在的大多数研究都致力于提升固态电池的电化学性质。
实际上,固态电池的力学结构也需要考虑在内。
为什么要研究力学结构?要怎么了解不同材料下固态电池的力学结构?
因为力学结构导致固态电池失效,又有什么对应的解决办法?
来自美国橡树岭国家实验室和密歇根理工大学的五位作者,详细解答了这些问题。
固态电池中力学的关键作用
既然需要关注固态电池的力学结构,那么如何评估和设计呢?
论文提供了一个理解和设计力学结构可靠的固态电池的框架。
该框架包括三个方面:
1、识别和理解该固态电池中局部应变的来源;
2、了解这种应力,特别是在电池界面处,以及电池材料对这些应力的响应;
3、设计具有所需应力和应变演变的电池材料和电池单元。
其中,应力是材料受到的外力大小,应变是指材料在受到外力时的形变程度。
以固态电解质为例,众所周知,固态锂电池比液态锂电池更安全的关键因素是,固态电池中的固态电解质可以有效抑制锂枝晶的生长。
锂枝晶
而不同的固态电解质材料对锂枝晶抑制效果也存在不同,评估抑制效果好坏的一个标准就是该材料的应力和应变。
如果这种固态电解质即使受到很大的应力,也不易发生弹性形变,比如氧化物电解质,这意味着这种固态电解质材料能有效抑制锂枝晶生长;但同时,氧化物电解质的硬度和刚度很高,更有可能发生断裂等情况,影响固态电池的性能。