锂金属软包电池失效过程的定量无损分析新方法及其机理研究

《Advanced Energy Materials》：Quantitative and Non-Destructive Analysis of Failure Process of Pouch Lithium Metal Batteries

本研究针对锂金属电池（LMBs）在运行条件下失效机制不明确的问题，通过液相核磁共振-滴定质谱（NMR-TMS）定量表征活性/非活性锂的动态演化，结合扫描电镜（SEM）和相场模拟揭示失效机理，并利用光纤布拉格光栅（FBG）传感技术实现软包电池内部应力的实时无损监测。研究直接验证了快充条件下的三阶段失效机制，通过优化充放电协议使NMC811||Li电池在贫电解液条件（2.1 g Ah?1）下实现300次循环容量保持率90.5%，为高安全性下一代LMBs的性能优化提供新策略。

　　

锂金属电池（Lithium Metal Batteries, LMBs）作为下一代储能技术备受关注。为提升软包型LMBs的性能与安全性，需明确其运行中的失效机制并量化锂金属负极（Lithium Metal Anodes, LMAs）的实时演变。本研究采用液相核磁共振-滴定质谱（NMR-Titration Mass Spectrometry, NMR-TMS）定量分析不同条件下活性与非活性锂的动态变化，结合扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）与相场模拟揭示失效机理。创新性地引入光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）传感技术，实现了软包电池在不同电流密度下内部应力演变的实时无损监测。研究直接实验验证了快充三阶段失效机制，并通过优化充放电协议显著抑制锂金属负极失效行为，使锂镍锰钴氧（LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂, NMC811）||锂软包电池在贫电解液条件（2.1 g Ah^?1）下，于0.2C/1C充放电循环300次后容量保持率达90.5%。该机理研究不仅建立了失效检测的系统方法，更为高安全性下一代LMBs的性能优化与失效抑制提供了战略指导。