新技術實現鋰離子電池原位膨脹力監測

中國科學技術大學蘇州高等研究院教授潘挺睿、研究員常煜團隊與該校教授談鵬團隊，聯合中國科學院深圳先進技術研究院教授唐永炳、研究員張帆團隊，開發出長效穩定的鋰離子電池原位膨脹力監測技術。相關研究成果日前發表于《國家科學評論》。

鋰離子電池因其高能量密度和長循環壽命而成為電動汽車和儲能系統的核心。然而，鋰枝晶生長、固體電解質界面膜生長等問題威脅著電池的使用安全與服役壽命。在電池內原位檢測枝晶和固體電解質界面膜生長過程中的膨脹力變化，被認為是實現早期預警和精準監測的有效方法。傳統的植入式光纖監測方法存在系統尺寸大、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境中長期穩定性不足。

針對這一挑戰，研究團隊開發了一種基于一體式離電傳感技術的新型原位監測技術，利用鋰離子電池自身的電解液和材料構建傳感界面，無需額外封裝即可實現高精度壓力監測。這種結構不僅與電池材料高度兼容，還解決了傳統柔性壓力傳感器在腐蝕性環境中的穩定性難題。

實驗表明，一體式離電傳感技術可以對Pa級別的膨脹力變化產生響應，并能在電池內穩定工作超過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400周加速老化實驗，記錄了因固體電解質界面膜增厚和鋰枝晶生長導致的壓力累積，發現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。

相關論文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf151