全固态电池中固态电极-固态电解自界面上的电化学-化学-机械耦合相互作用是一个十分重要但又充满挑战性的问题。近日，中科院青岛生物能源与过程研究所的崔光磊研究员、董杉木研究员以及德国柏林亥姆霍兹材料和能源中心的Chao Yang 等利用X射线断层扫描、飞行时间二次离子质谱以及有限元分析等手段对Li10SnP2S12基全固态电池中的电化学-化学-机械耦合作用进行了分析阐明。

本文要点

1） 研究人员通过X射线断层扫描清晰地观察到了电化学诱导的界面相的生成、固态电解质的意外机械变形以及金属锂负极的反常蠕变行为。电化学谱证实在全固态电池静置和电化学循环过程中其内部阻抗都会逐渐增大。飞行时间-二次离子质谱则提供了电化学诱导形成的界面相内部相关元素的超灵敏空间分布的信息。

2） 研究人员利用有限元模拟分析了界面机械变形过程中产生的应力-应变的变化情况，这些形变和应变的产生本质上是由固态电解质-固态电极之间的体积膨胀造成的。此外，此外，有限元分析还模拟了固态电解质的形态变化对电位场和离子通量分布的影响。这些至今尚未报道的基本发现有望极大地加深我们对固体-固体界面上复杂的电化学-机械耦合的理解，并为设计更坚固可靠的界面以加速全固态电池的进一步发展提供启发性见解。

参考文献

Fu Sun,Chao Wang,Markus Osenberg,Kang Dong,Shu Zhang,Chao Yang,Yantao Wang,André Hilger,Jianjun Zhang,Shanmu Dong,Henning Markötter,Ingo Manke,Guanglei Cui， Clarifying the Electro-Chemo-Mechanical Coupling in Li10SnP2S12 based All-Solid-State Batteries, Advanced Energy Materials, 2022

DOI: 10.1002/aenm.202103714