智能锂电池锂枝晶传感复合固态电解质研究取得进展

锂电池在充放电过程中，锂枝晶的生长与穿透可能引发电池内部短路，制约了其安全应用。现有安全监测主要依赖温度、压力等外部传感器，难以直接感知电池内部早期局部失效。因此，发展具有本征传感能力的固态电解质，对于提升锂电池的安全性和智能化具有重要意义。

近日，中国科学院化学研究所科研团队提出了一种具有枝晶传感功能的复合固态电解质，并应用于智能锂电池。

研究借鉴生物神经元的“电—化学—电信号”信号传导机制，以无机固态电解质纳米颗粒作为感知单元，聚合物电解质作为保护层，在保证锂离子传输的同时，避免正常循环过程中无机组分与锂金属直接接触。当锂枝晶穿透聚合物层并接触无机组分后，可触发界面化学反应，将微观枝晶穿透转化为宏观电压信号。结果表明，该复合固态电解质可在电池内部短路前产生外部电压响应，实现了锂枝晶的识别和预警。

该研究将传统被视为电池失效因素的界面反应转化为主动的安全感知，实现了固态电解质由“被动抑制枝晶”向“主动感知枝晶”的功能拓展，为智能锂电池设计提供了新范式。

相关研究成果发表在《自然-传感》（Nature Sensors）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院的支持。

论文链接

(a) 生物神经系统中神经元的电—化学—电信号转导机制；(b) 基于本征传感单元的智能锂电池设计及具有枝晶传感功能的固态电解质的工作原理