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全固態(tài)鋰金屬電池具有本征安全性高、能量密度大等優(yōu)勢(shì)，然而,鋰枝晶的生長有可能導(dǎo)致全固態(tài)電池短路失效，阻礙全固態(tài)電池的推廣應(yīng)用。因此，借助先進(jìn)的材料分析表征工具，揭示全固態(tài)電池中鋰枝晶形核的主導(dǎo)誘因和生長機(jī)制，對(duì)指導(dǎo)固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)與調(diào)控改性至關(guān)重要。

鑒于此，西安交通大學(xué)與美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室研究人員合作，總結(jié)分析了鋰枝晶刺穿固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)致電池失效的相關(guān)研究進(jìn)展，總結(jié)了目前存在的兩種“矛盾競(jìng)爭(zhēng)”的機(jī)理解釋，即機(jī)械穿刺機(jī)理（Mechanical penetration mechanism）和輸運(yùn)促進(jìn)機(jī)理（Transport-facilitated mechanism），概述了分別支持兩種機(jī)理的代表性實(shí)驗(yàn)、表征方法及典型失效特征。

基于上述分析，針對(duì)機(jī)理研究與實(shí)際服役工況差異較大的問題，采用原位同步輻射微束勞厄衍射技術(shù)，利用其時(shí)空分辨率高、晶體取向與應(yīng)力測(cè)量準(zhǔn)、微觀缺陷檢測(cè)靈敏的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)構(gòu)建全固態(tài)電池多場(chǎng)耦合原位實(shí)驗(yàn)裝置與方法，捕捉固態(tài)電解質(zhì)中微觀應(yīng)力應(yīng)變及缺陷在電化學(xué)循環(huán)中的空間分布與時(shí)間演變動(dòng)態(tài)過程，探明全固態(tài)電池中鋰枝晶形核生長的電化學(xué)-力學(xué)耦合作用機(jī)理。該方法同時(shí)具備厘米級(jí)觀測(cè)尺度與亞微米級(jí)分辨率，克服鋰枝晶難以捕捉的困難，深度研究鋰枝晶孕育、形核、生長早期固態(tài)電解質(zhì)微觀組織結(jié)構(gòu)的演化，為理解鋰枝晶生長導(dǎo)致全固態(tài)電池失效提供重要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)及結(jié)果如下圖所示）

論文展望了先進(jìn)同步輻射衍射與三維成像技術(shù)在全固態(tài)電池研究中的潛在應(yīng)用，從微觀結(jié)構(gòu)信息、時(shí)空分辨率等角度對(duì)比了多種研究方法的優(yōu)劣，探討了針對(duì)新型全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及基于高通量多尺度多維度表征“聯(lián)合療法”的構(gòu)建思路。

論文以《鋰枝晶誘發(fā)全固態(tài)電池失效機(jī)理的微觀應(yīng)變/缺陷時(shí)空分布研究》（Spatiotemporal mapping of microscopic strains and defects to reveal Li-dendrite-induced failure in all-solid-state batteries）為題發(fā)表于材料學(xué)頂刊《今日材料》（Materials Today）。該論文第一作者為西安交通大學(xué)材料學(xué)院微納尺度材料行為研究中心助理教授沈昊博士，通訊作者為西安交通大學(xué)材料學(xué)院微納尺度材料行為研究中心陳凱教授、西安交通大學(xué)化工學(xué)院唐偉教授和美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室Marca Doeff博士。西安交通大學(xué)為第一單位。共同作者包括美國先進(jìn)光源Nobumichi Tamura博士、西安交通大學(xué)材料學(xué)院博士生寇嘉偉和賈占輝、西安交通大學(xué)化工學(xué)院滑緯博特聘研究員、卡爾斯魯厄理工學(xué)院Helmut Ehrenberg教授。團(tuán)隊(duì)近年來針對(duì)固態(tài)電解質(zhì)的系列研究成果發(fā)表在《材料化學(xué)A》（Journal of Materials Chemistry A）和《ACS應(yīng)用材料及界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）上，其中1篇入選《材料化學(xué)A》編輯特別推薦。 

原標(biāo)題：西安交大研究人員：在全固態(tài)電池鋰枝晶形核生長機(jī)理領(lǐng)域獲得新進(jìn)展