近日，楊勇教授課題組在鋰金屬電池失效機制的定量研究上取得重要進展，成果以“Quantitatively analyzing the failure processes of rechargeable Li metal batteries”為題，線上發表於《科學進展》（Science Advancesdoi:10.1126/sciadv.abj3423）。
鋰金屬負極因具有最高的理論質量和體積能量密度而受到廣泛關注。然而，無論在液態或者固態電解質體系，鋰金屬電極的迴圈可逆性均較差，其在充放電迴圈過程中不可逆的鋰損失嚴重阻礙了其實際應用。定量分析非活性鋰的形成過程是理解鋰金屬負極失效的關鍵。
針對這一問題，楊勇教授課題組利用自建的電化學原位固體核磁共振裝置，原位觀察鋰金屬的動態沉積/溶解過程，並通過定量的7Li核磁共振譜學科技量化迴圈過程形成的各種非活性鋰，探討了NMR定量科技、滴定氣相色譜科技（TGC）以及質譜滴定科技（MST）在分析“死鋰”組份產生差异的原因來自氫化鋰（LiH）。通過更為可靠的NMR定量方法，研究了鋰金屬電池在典型的電流密度、電解液添加劑和鋰鹽濃度條件下的失效機制。通過這些定量，揭示了鋰金屬電池的兩階段失效過程，並提出了抑制非活性鋰形成的策略。
近年來，楊勇教授課題組致力於發展先進的固體核磁科技用於電化學能源資料的研究，取得了一系列重要研究進展（Nat.Nanotechnol. 2020，15，883；Nat.Energy 2017，2，17074；Nat.Commun. 2021，12，4903；Nat.Commun.2020，11，3544；Angew.Chem.Int. Ed. 2018，5711918；Angew.Chem.Int. Ed. 2019，58，18086等）。
論文第一作者是楊勇教授課題組博士研究生向宇軒，博士生陶明明和梁子騰參與了該研究工作。該工作還得到了中科院大連化物所鐘貴明研究員、英國劍橋大學金豔婷博士、美國西北太平洋實驗室張繼光教授、美國陸軍實驗室許康教授、美國國家强磁場實驗室傅日强教授以及西班牙CIC Energigune研究所高級研究員Michel Armand教授的支持和幫助。研究工作得到國家重點研發計畫（2018YFB0905400、2016YFB0901500）及國家自然科學基金（21935009、21761132030、21603231）的大力資助和支持。
論文連結：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj3423