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黃云輝/沈越/羅巍ACS Energy Lett.:通過超聲成像評估固態(tài)軟包電池的界面穩(wěn)定性

界面處的化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定性極大地影響了固態(tài)電池（SSB）的性能。然而，由于界面的潛在未知性質(zhì)和缺乏適當(dāng)?shù)谋碚鞣椒ǎ琒SB中的界面行為仍然難以捉摸。

在此，華中科技大學(xué)黃云輝教授、沈越副教授及同濟(jì)大學(xué)羅巍教授等人證明了超聲成像技術(shù)是研究固態(tài)軟包電池界面穩(wěn)定性的有力工具。超聲波通過氣體或空隙時(shí)會顯著衰減，因此對界面接觸和副反應(yīng)的質(zhì)量非常敏感。

作者采用超聲成像以Li/固態(tài)電解質(zhì)（SSE）/Li和LiCoO₂（LCO）/SSE/Li固態(tài)軟包電池作為演示進(jìn)行了研究，即使是微量的氣體產(chǎn)生或接觸損失也可以反映在超聲掃描圖像上，以圖形方式顯示界面處的副反應(yīng)和結(jié)構(gòu)演變。與以往的研究相比，超聲成像在充放電循環(huán)過程中進(jìn)一步與差分電化學(xué)質(zhì)譜（DEMS）、XPS和FT-IR相結(jié)合，顯示出與各種電化學(xué)測量出色的兼容性，可以多維討論負(fù)極和正極界面的失效機(jī)制。

圖1. 研究SSB界面的超聲成像技術(shù)示意圖

利用該方法比較了不同制備工藝的鋰金屬和復(fù)合SSE（PLLZ@BC/PLLZ@HP）的穩(wěn)定性，作者發(fā)現(xiàn)PLLZ@BC與Li金屬不穩(wěn)定，這是由于殘余乙腈溶劑和Li之間的副反應(yīng)導(dǎo)致的氣體釋放，相比之下，無溶劑PLLZ@HP對鋰金屬是穩(wěn)定的。

另一方面，SSB中正極側(cè)的氧化也通過超聲成像檢測到，SSE/LCO界面在4.2 V時(shí)不穩(wěn)定。在超聲波圖像中檢測到微量氣體，這解釋了固態(tài)LCO/Li軟包電池的內(nèi)阻升高和容量快速衰減。總體而言，超聲成像結(jié)合了完整性、高靈敏度、快速掃描速度及與電化學(xué)測量的出色兼容性的優(yōu)勢，這是構(gòu)建具有高能量密度和安全性的下一代 SSB的有力評估工具。

圖2. 超聲成像評估的LCO/SSE界面處的界面退化

Evaluating Interfacial Stability in Solid-State Pouch Cells via Ultrasonic Imaging, ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02363

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