近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州高等研究院的潘挺睿教授與常煜研究員攜手中國科大談鵬教授團(tuán)隊(duì)，并與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的唐永炳教授及張帆研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合，成功研發(fā)出一種高效穩(wěn)定的鋰離子電池原位膨脹力監(jiān)測技術(shù)。該研究成果已在《國家科學(xué)評論》期刊上發(fā)表。

鋰離子電池憑借高能量密度和出色的循環(huán)壽命，已成為電動(dòng)汽車及儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。然而，鋰枝晶生長和固體電解質(zhì)界面（SEI）膜生長等問題對電池的安全性和使用壽命構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。為了提前預(yù)警和精確監(jiān)測這些問題，科學(xué)家們一直致力于開發(fā)一種能夠在電池內(nèi)部原位檢測枝晶和SEI膜生長過程中膨脹力變化的技術(shù)。

傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，如植入式光纖監(jiān)測，存在系統(tǒng)體積龐大、光纖力學(xué)性能不佳等局限；而柔性壓力傳感器在電池內(nèi)部的腐蝕性電解液環(huán)境中，長期穩(wěn)定性也面臨挑戰(zhàn)。為了解決這些難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)了一種基于一體式離電傳感技術(shù)的新型原位監(jiān)測方案。

這種新技術(shù)利用鋰離子電池自身的電解液和材料構(gòu)建傳感界面，無需額外的封裝步驟，即可實(shí)現(xiàn)高精度的壓力監(jiān)測。這種設(shè)計(jì)與電池材料高度兼容，有效解決了傳統(tǒng)柔性壓力傳感器在腐蝕性環(huán)境中的穩(wěn)定性問題。實(shí)驗(yàn)證明，該技術(shù)能夠靈敏地響應(yīng)帕斯卡級(jí)別的膨脹力變化，并在電池內(nèi)部穩(wěn)定工作超過一個(gè)月。

研究團(tuán)隊(duì)通過一體式離電傳感技術(shù)，成功捕捉到了鋰枝晶不可逆沉積引起的壓力曲線不對稱性和峰值變化。為了進(jìn)一步驗(yàn)證技術(shù)的有效性，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了400周的充放電循環(huán)加速老化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，因SEI層增厚和鋰枝晶生長導(dǎo)致的壓力累積與電池容量的衰減趨勢高度一致。這一發(fā)現(xiàn)為智能電池的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

該技術(shù)的低成本、高精度和長壽命特性，使其在車載電池管理系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電池內(nèi)部的膨脹力變化，該技術(shù)有望為電動(dòng)汽車的安全運(yùn)行提供有力保障，同時(shí)也有助于提升電池的整體性能和使用壽命。