第一作者：Yuming Chen, Ziqiang Wang
通訊作者：Ju Li
通訊單位：MIT
固態(tài)鋰電池需要能夠容納金屬鋰在電化學變化過程中產(chǎn)生的機械應力，這種應力在135mV的過電勢下可達1GPa。固態(tài)電解質(zhì)一直與動態(tài)的金屬鋰保持著物理接觸，因此保持其機械穩(wěn)定性與電化學穩(wěn)定性十分具有挑戰(zhàn)性。
有鑒于此，美國麻省理工學院的李巨教授利用原位透射電子顯微鏡等手段對金屬鋰或鈉在大量平行中空混合電子-離子導體（MIEC）管中的沉積-剝離行為進行了研究。
圖1. MIEC
他們發(fā)現(xiàn)，這些堿金屬能夠在MIEC與金屬的相界面上以單晶的形式通過柯勃爾蠕變在MIEC管中生長和回縮。與傳統(tǒng)的固態(tài)電解質(zhì)不同，MIEC由于對于金屬鋰的電化學穩(wěn)定性較好，因此這種柯勃爾蠕變機制能夠顯著釋放電池內(nèi)部應力、保持良好的電子和離子接觸、可以在長達10um的尺度下實現(xiàn)可逆的金屬鋰的沉積剝離長達100周。
研究人員構(gòu)造了包含1010MEIC環(huán)的厘米尺度的固態(tài)LiFePO4全電池，該全電池在1倍Li過量的情況下的可逆容量高達164mAh/g且循環(huán)50周并不發(fā)生容量衰減。該研究結(jié)果表明，采用這種特殊的管狀結(jié)構(gòu)能夠有效克服固態(tài)鋰金屬電池中金屬-電解質(zhì)界面的化學與機械穩(wěn)定性的問題。
圖2. 電化學性能
參考文獻：
Yuming Chen, Ziqiang Wang, J.B. Goodenough, Ju Li et al, Li metal deposition and stripping in a solid-state battery via Coble creep, Nature, 2020
https://www.nature.com/articles/s41586-020-1972-y
