北京时间4月18日，国际顶级学术期刊Science在线发表了569vip威尼斯游戏刘毅杰助理教授为共同第一作者的文章“Fatigue of Li metal anode in solid-state batteries”。该成果是电气工程、化学、材料、力学等多学科的深度交叉融合，由569vip威尼斯游戏吴广宁教授团队、同济大学罗巍教授和华中科技大学黄云辉教授团队等合作完成。

图1. Science在线发表

近年来，随着新能源汽车蓬勃发展，人们对动力电池的能量密度和安全性提出了更高的要求，锂电池固态化被认为是提升电池安全和能量密度的革命性解决方案，由此固态锂电池在全球范围内引起学术界和产业界的广泛关注。然而，在固态锂电池运行过程中，因锂枝晶生长引起的电池失效和安全隐患严重阻碍了其实际应用，亟需在充分掌握电池失效机制的基础上，开发提升电池性能的新技术。

疲劳是金属材料在受到循环载荷作用时普遍面临的问题，这种载荷会在远低于极限拉伸强度的应力水平下诱发微裂纹和断裂失效。研究团队发现，金属锂负极在受到可逆剥离/镀层引起的循环机械载荷作用时发生了由疲劳造成的失效(图2a)，证明了疲劳是锂金属的固有特性，其在固态锂电池中也遵循经典的疲劳定律。这一发现是对固态锂电池现有失效机制的新认知，加深了对固态锂电池失效过程的理解。

此研究成果不仅揭示了金属锂疲劳失效是固态锂电池循环过程中性能劣变的主要原因，同时也提出了通过增加疲劳强度来改善固态锂电池循环稳定性的新策略(图2b,c)，对实现下一代长寿命固态锂电池具有重要的指导意义。

图2. (a) 固态锂电池中金属锂负极疲劳失效示意图;

(b,c) 通过锂合金化增加疲劳强度改善固态锂电池循环稳定性

刘毅杰，工学博士，569vip威尼斯游戏助理教授、硕士生导师，吴广宁教授团队骨干成员。主要研究方向为线路安全防护和牵引供电系统，开展电气-材料-化学交叉的先进电工材料基础应用研究。研究成果在Science、Advanced Materials、Advanced Functional Materials等期刊发表SCI论文30余篇，其中IF大于10论文14篇，h因子14，国家授权发明专利15项。入选2024年度国家博士后创新人才支持计划，主持国家自然科学基金青年项目1项，主研国家自然科学基金重大研究计划1项，承担国家电网公司、中国中车集团等科技项目5项。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq6807