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1、 固态锂电池的失效行为、失效机制及失效分析
固态锂电池（SSLBs）由于其安全性和潜在的高能量密度优势，被认为是下一代动力电池的重要发展方向。现阶段固态锂电池仍存在各种问题，比如固态锂电池的失效行为，它会严重影响电池性能，包括降低电池的能量密度、功率密度、可靠性、安全性和循环寿命，从而影响电池的大规模商业化应用。固态电池循环容量损失、内阻增加、内短路、热失控、日历失效等均属于电池的失效行为。
通过了解和认识固态电池中各种失效行为，深入探索固态电池失效机理，才能更有针对性的去解决固态电池的失效问题，提升固态电池的电池性能。目前，固态锂电池失效机制的研究尚不完善，需要根据电池的失效表现，对电池进行电池外观检测、电池无损检测、电池有损检测以及综合分析。失效分析主要基于现有的失效行为，结合现有的分析手段，达到探求其失效原因的目的，并积累其失效过程中的各种失效因素，最终反馈到固态锂电池设计环节达到预防失效或延长寿命的目的。固态锂电池是一个复杂体系，失效分析涉及电池的电化学性能分析，热性能分析，力学性能分析，结构分析，成分分析，物相分析，价态分析，功能组
分析等，主要采用电化学测试、先进的原位/非原位表征以及理论计算和数值模型模拟等手段。研究人员开展了大量的失效机制研究，提出了多种电池失效机制，包括电极与电解质的固/固界面问题、负极锂金属的枝晶生长、正极结构演变与机械失效、电解质失效等。
2、固态锂电池电极过程中的原位研究
近几年，伴随着先进表征技术的发展，使得界面研究成为可能，固态电池内在反应机理的深入研究也因此取得了一定的进展。传统的非原位表征技术，因后处理导致时间上的推迟，不能提供随环境变化而变化的定性、定量信息，所以有必要发展在不同时间、空间尺度下的原位表征技术，以实时监测电池微观结构的转变和离子扩散的演变过程，图1展示了各原位表征技术在SSLBs中的应用。
图1固态锂电池电极过程的原位表征技术示意图
其中，成像表征技术主要包括原位电子显微镜（扫描电子显微镜（SEM），透射电子显微镜（TEM）），原位原子力显微镜（AFM），原位光学显微镜（OM）和原位X-ray显微镜（XRM）。原位SEM可以揭示电极的形貌演变，如体积膨胀和裂纹的形成OM空间分辨率较低，但在分析枝晶刺穿电解质过程具有一定优势。AFM因超高的表面灵敏度，被用于探测电极表界面的微观变化，提供理嵌入/脱出和固体电解质中间相的演化过程。化学成分分析技术包括拉受光谱X-ray基技术（X-ray光电子能谱（XPS），X-ray衍射技术（XRD），X-ray吸收光谱（XAS）），中子深度剖析（NDP），核磁共振（NMR）等。XRD能够表征材料的体相结构，确定样品的结晶度和物相组成，XAS关注原子配位环境和化学态的信息，NDP基于中子和原子核之间的相互作用，提供鲤离子的分布情况和扩散路径基于这些表征手段。
随着原位技术的不断进步，电池内部反应机制逐渐清晰化，优化策略也不断地创新。然而，对于复杂的固态锂电池体系仍缺乏系统性的认识，对于很多挑战性的问题还需要进一步的理解和突破。
针对固态电池相关的技术、材料、市场及产业等方面的问题，中国粉体网将于12月20-21日在常州举办第四届高比能固态电池关键材料技术大会，为致力于固态电池技术开发的企业，科研院校，以及电动车、储能、特种应用等终端企业提供信息交流的平台，开展产、学、研合作，共同推动行业发展。届时，燕山大学唐永福教授将作题为《固态锂电池负极界面失效的多尺度原位研究》的报告。报告将介绍近年来通过原位透射电镜、原位扫描电镜等多尺度可视化手段对锂枝晶及负极界面失效力-电-化学耦合特性的原位研究，直观解析不同固态电池体系锂枝晶的形成及演化机制，提出锂枝晶抑制的可能策略，为长寿命、高安全固态锂电池的设计与开发提供参考。
专家简介：
唐永福，燕山大学教授，博士生导师。一直以来，从事固态电池、金属-空气电池等储能器件及其关键材料的开发及原位表征等研究。近年来，主持国家自然科学基金、教育部霍英东基金等科研项目10余项，获得河北省自然科学奖三等奖（排名第一）、河北省“青年拔尖人才”、河北省“三三三”人才等人才项目及荣誉；以第一/通讯作者在Nat.Nanotechnol.，Angew.Chem.Int.Ed.（2篇），Adv.Mater.，EnergyEnviron.Sci.，NanoLett.（3篇），ACSNano（3篇），ACSEnergyLett.（2篇），Adv.Funct.Mater.（3篇），NanoEnergy（2篇）等期刊发表论文70余篇；论文他引3300余次，h因子为32；申请国家发明专利15项，已授权10项。
参考来源：
田建鑫等.固态锂电池电极过程的原位研究进展
吕志文等.固态锂电池失效机制及其研究进展
王涛等.固态电池失效分析
（中国粉体网编辑整理/文正）
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