盡管硫化物固態電解質（SSE）的剛度相對較低，使其能夠更好地成型并適應活性材料的體積變化，但其低斷裂韌性（KIC）表明其很容易因電化學機械應力而斷裂。這種對機械損傷的敏感性以及隨后的鋰絲穿透（表現為微短路事件）嚴重阻礙了金屬鋰在高能量密度硫化物全固態鋰金屬電池（ASSLMB）中的實際應用。

在此，廈門大學楊勇團隊提出了一種利用外部壓力傳感器對 LTO/SSE/Li 配置進行Operando精確壓力測量的方法。通過使用零應變LTO 作為對電極，鋰金屬負極的應力演化被定量解耦。

首先，作者研究了鋰金屬電池在幾種典型工作條件下的失效行為，包括各種面積容量和電流密度。同時，作者提出了兩種微短路模式（輕微軟短路和嚴重軟短路），并根據鋰金屬負極的電化學機械響應揭示了其相應的機理。此外，作者還通過電化學機械有限元模型（FEM）解釋了實驗中與內應力相關的失效行為，并為現實的鋰金屬負極工作條件提供了”安全區”。

圖1. LTO/SSE/Li 電池在輕微軟短路條件下的分析

總之，該工作通過操作壓力測量成功解密了硫化物基ASSLMB中的微短路事件。通過設計LTO/SSE/Li配置電池，定量解耦了鋰金屬負極在充放電過程中的應力演變。

結果表明，微短路事件發生后，LMA中應力演變的對稱性被打破。此外，作者還從內應力演變的角度揭示了微短路事件的失效機理以及兩種模式（輕微/嚴重軟短路）下相應的電化學/化學反應過程。通過結合電化學機械結果和相關的有限元分析，作者提供了與內應力相關的”安全區”，作為影響現實電池中鋰離子金屬負極臨界電流密度(CCD)的重要補充因素。

總之，該項研究提供了對硫化物基ASSLMB中機械故障誘發的微短路事件的新穎而深刻的理解，并為開發實用的高性能LMB提供了一些啟示。

圖2. 內應力相關機械故障的電化學-機械模型

Decoding Internal Stress-Induced Micro-Short Circuit Events in Sulfide-Based All-Solid-State Li-Metal Batteries via Operando Pressure Measurements, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302643