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合金負極有望實現高能固態電池（SSB），但它們在充放電過程中的顯著體積變化會導致全固態環境中的結構和機械退化。因此，了解合金負極固態電池中的材料演變和機械應力之間的關系至關重要。

美國佐治亞理工學院Matthew T. McDowell等人研究了含硅、錫和銻活性材料的復合負極以及銀礦型電解質和LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2正極的電池內的應力（堆壓）演變。

作者證明，在充放電過程中，相對較大的（1–2 MPa）應力波動取決于復合材料的材料和性質。該電池設計中測量的單軸堆疊壓力變化與SSB預期的其他電池設計相關，包括軟包電池，因為SSB通常在施加單軸堆疊壓力的情況下運行。

這里測得的應力變化是由于鋰在負極材料中的偏摩爾體積很大，而由于NMC-111中鋰的偏摩爾體積較低，正極的貢獻很小。這些應力測量可以深入了解活性材料中的轉變過程以及循環過程中電極結構的變形。

圖1 電池內負極/LPSC/正極堆疊示意圖

此外，還觀察到顆粒大小對應力演化的影響，顆粒越小，應力越低。該研究表明，多種合金材料可用于在SSB中的復合電極中實現高容量，伴隨而來的大體積變化會導致應力變化，這在設計這些系統時必須加以考慮。

SSE本身的機械性能和固態復合材料的結構在復合電極的變形和機械退化行為中起著重要作用，未來有必要研究這些問題。與鋰金屬相比，由于鋰金屬的高容量，人們對合金基負極的關注相對較少，但這項工作強調了合金材料用于穩定SSB的前景，并證明了控制這些材料的化學機械相互作用的必要性。

圖2 合金負極循環前后的形貌

Stress evolution during cycling of alloy-anode solid-state batteries. Joule 2021. DOI: 10.1016/j.joule.2021.07.002

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