中科院物理所「国家杰青」索鎏敏最新AM丨SAB破解无负极锂电应力困局！

本文聚焦于无负极锂金属电池在充放电过程中因锂金属沉积和剥离导致的严重体积膨胀与应力积累问题。传统缓冲策略往往以牺牲能量密度为代价来缓解膨胀。研究团队提出了一种名为“空间自适应缓冲（SAB）”的架构，旨在打破能量密度与应力之间的权衡。背景在于，锂金属电池虽有望突破能量密度上限，但其膨胀问题在多层软包结构中尤为严峻。研究目的是通过SAB设计准则，定义缓冲层的厚度、孔隙率和密度等边界参数，并开发SAB-Cu结构，引导锂离子在内部孔道中自下而上沉积，从而将膨胀限制在缓冲层内部，减少外向压力。结论表明，采用SAB架构的软包电池在循环中展现出显著降低的整体应力积累（中位压力低于2 MPa）和均匀的压力分布，有效避免了枝晶刺穿导致的短路。其中，16-stack NCM9||SAB-Cu电池实现了465 Wh/kg和1330 Wh/L的高能量密度，而Ah级Li₁.₂NCM811||SAB-Cu电池在保持418 Wh/kg和1061 Wh/L能量密度的同时，循环164圈后容量保持率达77%，且膨胀率仅为3.6%。该工作为无负极锂金属电池的实际应用提供了可行路径。