实现锂电池原点膨胀监测的新技术

中国科技大学苏州高等研究院教授潘挺睿和研究员常煜团队与中国科学院深圳先进技术研究院教授唐永炳和研究员张帆团队联合开发了长期稳定的锂电池原点膨胀监测技术。相关研究成果近日在国家科学评论中发表。

锂电池因其高能量密度和长循环寿命而成为电动汽车和储能系统的关键。然而，锂枝晶体生长、固体电解质界面膜生长等问题威胁着电池的使用安全和使用寿命。在电池中检查树枝晶体和固体电解质界面膜生长过程中膨胀力的变化被称为实现早期预警和精确监测的有效手段。传统的植入式光纤监测方法存在系统尺寸大、光纤力学性能脆弱等问题;然而，在腐蚀性电解液环境中，软液位传感器的长期稳定性不足。

针对这一挑战，研究小组开发了一种基于集成离电传感技术的新型原点监测技术，利用锂电池本身的电解液和材料构建传感接口，实现高精度压力监测，无需额外包装。该结构不仅与电池材料高度兼容，而且解决了腐蚀性环境下传统软液位传感器的稳定性问题。

实验表明，集成离电传感技术可以响应Pa级别的膨胀力变化，并在电池中稳定工作超过一个月。该技术可以通过压力曲线的不对称性和峰值变化捕捉到锂枝晶体的不可逆沉积。经过400周的充放电循环加速老化试验，记录了固体电解质界面膜增厚和锂枝晶生长带来的压力积累，发现压力变化与容量衰减趋势高度一致。

研究人员介绍，该技术为智能电池设计开辟了一条新的道路，其低成本、高精度、长寿命的特点特别适用于车载电池管理系统。