长效稳定的锂离子电池原位膨胀力监测技术问世

中国科学技术大学苏州高等研究院潘挺睿教授、常煜研究员团队与国内研究者合作，开发出一种基于一体式离电传感技术的新型原位监测技术。该技术利用锂离子电池自身的电解液和材料构建传感界面，无需额外封装，即可实现高精度压力监测。研究成果日前发表在国际期刊《国家科学评论》上。

锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命，成为了电动汽车和储能系统的核心。然而，锂枝晶生长、SEI膜生长等问题威胁着电池的使用安全，并影响其服役寿命。在电池内原位检测枝晶和SEI膜生长过程中的膨胀力变化，被认为是实现早期预警和精准监测的有效方法。然而，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。柔性压力传感器在腐蚀性电解液环境中的长期稳定性亦不足。

针对这一挑战，研究人员开发出一种基于一体式离电传感技术的新型原位监测技术。该技术利用锂离子电池自身的电解液和材料构建传感界面，无需额外封装便可实现高精度压力监测。这种结构不仅与电池材料高度兼容，还解决了传统柔性压力传感器在腐蚀性环境中的稳定性难题。实验表明，一体式离电传感技术可以对帕级别的膨胀力变化产生响应，并能在电池内稳定工作超过1个月。该技术可通过压力曲线不对称性和峰值变化捕捉到锂枝晶的不可逆沉积。作为验证，通过充放电循环400周加速老化实验，记录了因SEI层增厚和锂枝晶生长导致的压力累积，发现压力变化与容量衰减趋势高度吻合。

研究人员表示，该技术为智能电池设计开辟了新路径，其低成本、高精度和长寿命特性尤其适用于车载电池管理系统。

来源：科技日报，中国科学技术大学供图