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固態鋰金屬電池具有高比能量和安全潛能，已成為電動汽車的一項前景廣闊的技術。然而，在電池制造過程中實現鋰與電解質的親密接觸仍是一項挑戰。為了促進密切接觸，需要足夠的制造壓力，但這種壓力會導致鋰變形并滲入電解質，從而導致電池性能不佳。

圖1 對稱電池阻抗和形態隨制造壓力的變化

休斯頓大學姚彥等提出了一種方法，通過加入3%的鎂來改變鋰的應變硬化行為，從而在電池制造過程中實現金屬負極與固態電解質的親密接觸。這種Li─Mg負極能夠承受很高的制造壓力（50-65 兆帕）而不會滲透電解質。

相比之下，純鋰負極很難保持接觸而無電解質滲透的風險。純鋰遵循Voce硬化定律，允許無約束變形，而Li─Mg則不同，它遵循Swift硬化定律，在壓縮應力下隨應變而增強。

圖2 Li和Li─Mg在壓縮應力下的變形

此外，有限元分析表明，與純鋰不同，Li─Mg不會穿透固態電解質表面的缺陷。采用Li─Mg電極的對稱電池的臨界電流比鋰金屬電極高出 200%。因此，這種方法可以實現固態電池的大電流循環。這種方法在需要高壓以確保鋰與電解質親密接觸與保護電解質之間取得了平衡。這項工作的研究強調了金屬電極的機械性能在固態電池加工中的重要性。

圖3 臨界電流密度測試

Taming Metal–Solid Electrolyte Interface Instability via Metal Strain Hardening. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300679

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?姚彥AEM：僅需3%鎂摻雜，大幅度提高鋰負極-固態電解質界面穩定性

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