近日，biwn必赢杨勇教授课题组在全固态锂金属电池中电化学-机械力学耦合行为的研究中取得重要进展。相关成果以“Decoding Internal Stress-Induced Micro-Short Circuit Events in Sulfide-Based All-Solid-State Li-Metal Batteries via Operando Pressure Measurements”为题发表在Advanced Energy Materials上（DOI：10.1002/aenm.202302643）。
硫化物基全固态锂金属电池（ASSLMBs）有着能量密度高，本征安全等优势。其中，硫化物固态电解质（SSEs）的刚度相对较低，能够更好地成型并适应活性材料的体积变化。然而，SSEs的低断裂韧性（KIC）意味着在电化学-机械应力的作用下容易发生断裂，从而阻碍了锂负极在硫化物基ASSLMBs中的实际应用。由于目前全固态电池研究中缺乏可靠的实时检测技术，固态电池内应力的演化仍有待解耦。基于此，研究团队采用自主搭建的原位压力测试系统，对LTO/SSE/Li配置的全固态电池在不同参数（包括电池容量和电流密度）下运行时的应力演变进行分析，根据锂金属负极的电化学-机械响应，揭示了两种微短路模式及其相应机制。此外，采用有限元模型对锂金属负极的机械失效行为进行解释，给出了与“内应力”相关的锂金属负极工作“安全区”。
在解码锂金属负极内应力与微短路行为研究工作的基础上，杨勇教授团队进一步解析了实际电池中正负极活性物质不同的膨胀/收缩特性，电极间的应力串扰与微短路行为的关系，并提出了一种主动压力控制系统，可有助于减轻应力串扰并提高电池循环寿命。相关成果以“The insight of micro-short circuits caused by electrochemo-mechanical stress crosstalk in all-solid-state Li metal batteries”为题发表在Energy Storage Materials上（DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103052）。另外，杨勇教授团队还就硫化物基全固态电池中内应力的来源、电池压力测量的工作原理和实验方法，以及电池压力测量技术在硫化物基全固态电池电化学反应研究中的应用等方面的最新进展进行了简要总结和综述。该成果以“Electrochemo-Mechanical Stresses and Their Measurements in Sulfide-Based All-Solid-State Batteries: A Review”为题发表在Advanced Energy Materials上（DOI: 10.1002/aenm.202203153）。该系列研究工作对于深入理解全固态锂金属电池中的电化学-机械力学耦合行为，进而开发高性能全固态电池具有重要意义。
该研究工作是在biwn必赢杨勇教授的指导下完成， 2018级博士生顾家宝和2023届博士陈晓轩为论文的第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目（22261160570、21935009）、国家重点研发专项（2021YFB2401800）等资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202302643
