科学家为应对锂电池机械失效提供新视角

应《电化学能源评论》邀请，华东理工大学教授栾伟玲、讲席教授陈浩峰合作发表研究综述，系统性地总结了锂离子电池在不同尺度上的机械失效行为及其对性能、寿命和安全性的影响，为理解和应对电池机械失效机制提供了创新思路和全新视角。

研究团队首次构建了统一分析框架，全面覆盖粒子级、电极级以及电池整体级的锂电池机械失效机制，揭示了各失效模式之间的交互与演化规律。此外，团队提出了基于多物理场的机械失效建模方法，并对活性颗粒在锂离子嵌入和脱出过程中的应力分布及材料损伤进行了深入分析。

文中提出了基于表面改性与结构优化的解决方案，为提升电池寿命、性能与安全性提供了实践路径。例如，通过优化颗粒级应力分布与材料设计，能够显著减缓因机械失效导致的性能退化；针对机械失效引发的内部短路和热失控，可采用多层级防护策略，该策略涵盖颗粒尺寸优化、界面粘结强化与电极结构改良，为下一代高能量密度锂电池的设计提供了科学依据。

研究团队表示，未来需要进一步探索机械失效与其他物理化学效应的深度耦合，特别是在真实工况下的多场耦合行为。通过加强实验与数值模拟的结合，结合人工智能技术，有望在能量存储系统的性能提升与安全保障方面取得更大突破。

锂离子电池的跨尺度机械失效行为对性能、寿命和安全性产生重要影响。图片来源于《电化学能源评论》

相关论文信息：https://doi.org/10.1007/s41918-024-00233-w