新技術實現(xiàn)鋰離子電池原位膨脹力監(jiān)測

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢宇）記者近日從中國科學技術大學獲悉，該校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)合中國科學院深圳先進技術研究院唐永炳教授、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。相關研究成果日前發(fā)表于《國家科學評論》。

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，被認為是實現(xiàn)早期預警和精準監(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的新型原位監(jiān)測技術，利用鋰離子電池自身的電解液和材料構建傳感界面，無須額外封裝即可實現(xiàn)高精度壓力監(jiān)測。這種結構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可以對極小（單帕斯卡）級別的膨脹力變化產(chǎn)生響應，并能在電池內(nèi)穩(wěn)定工作超過1個月。該技術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，該技術為智能電池設計開辟了新路徑，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)。