中國科大蘇州高等研究院潘挺睿教授、常煜研究員團隊與中國科大工程科學學院熱科學和能源工程系談鵬教授團隊，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院唐永炳教授、張帆研究員團隊合作于4月25日在National Science Review上發(fā)表題目為“Unified iontronic sensing for operando monitoring of physical-chemical events in lithium-ion batteries”的研究論文。
 

　　鋰離子電池因其高能量密度和長循環(huán)壽命而成為電動汽車和儲能系統(tǒng)的核心。然而，鋰枝晶生長、SEI膜生長等問題威脅著電池的使用安全與服役壽命。在電池內(nèi)原位檢測枝晶和SEI膜生長過程中的膨脹力變化被認為是實現(xiàn)早期預警和精準監(jiān)測的有效方法。傳統(tǒng)的植入式光纖監(jiān)測方法存在系統(tǒng)尺寸大、光纖力學性能脆弱等問題；而柔性壓力傳感器在腐蝕性電解液環(huán)境中長期穩(wěn)定性不足。
 

　　圖：系統(tǒng)示意圖 (a) 植入電池內(nèi)的一體式離電傳感技術(shù)；(b)一體式離電傳感器結(jié)構(gòu)圖；(c)壓力傳感單元壓力響應(yīng)機理；(d)參比單元監(jiān)測電解液離子電導性原理；(e)通過補償算法消除環(huán)境因素對壓力傳感單元的干擾
 

　　針對這一挑戰(zhàn)，本研究開發(fā)了一種基于一體式離電傳感技術(shù)的新型原位監(jiān)測技術(shù)，利用鋰離子電池自身的電解液和材料構(gòu)建傳感界面，無需額外封裝即可實現(xiàn)高精度壓力監(jiān)測。這種結(jié)構(gòu)不僅與電池材料高度兼容，還解決了傳統(tǒng)柔性壓力傳感器在腐蝕性環(huán)境中的穩(wěn)定性難題。實驗表明，一體式離電傳感技術(shù)可以對Pa級別的膨脹力變化產(chǎn)生響應(yīng)，并能在電池內(nèi)穩(wěn)定工作超過1個月。該技術(shù)可通過壓力曲線不對稱性和峰值變化捕捉到鋰枝晶的不可逆沉積。作為驗證，通過充放電循環(huán)400周加速老化實驗，記錄了因SEI層增厚和鋰枝晶生長導致的壓力累積，發(fā)現(xiàn)壓力變化與容量衰減趨勢高度吻合。該技術(shù)為智能電池設(shè)計開辟了新路徑，其低成本、高精度和長壽命特性尤其適用于車載電池管理系統(tǒng)。
 

　　中國科大蘇州高等研究院智能醫(yī)療器械研究中心的常煜、汪若江以及中國科學院深圳先進院的程玙和賈蕊為本文的第一共同作者；中國科大蘇州高等研究院智能醫(yī)療器械研究中心潘挺睿、常煜，工程科學學院熱科學和能源工程系談鵬以及中國科學院深圳先進技術(shù)研究院的唐永炳和張帆為文章的共同通訊作者。該成果得到了科技部、基金委、中國科學技術(shù)大學以及鈦深科技(深圳)有限公司的資助。