锂树突的形态演化与抑制机制：多物理场耦合的相场建模研究

《Energy Technology》：Morphological Evolution and Inhibition Mechanisms of Lithium Dendrites: A Multiphysics-Coupled Phase-Field Modeling Study

锂枝晶生长抑制机理及热管理风险研究。采用多物理场耦合相场模型系统揭示各向异性强度降低、高倍率充电及热管理不足对枝晶演化的影响，发现δ<0.01可使枝晶延伸抑制30%，5C充电率增加40%的不稳定性，并证实局部温升通过离子扩散加速枝晶，但易引发隔膜穿透导致热失控。优化界面能量调控、脉冲充放电策略和热传导设计是提升电池安全性的关键路径。

　　

摘要

锂枝晶的生长对锂金属电池的安全性和寿命构成了严重挑战。本文采用了一个多物理场耦合的相场模型，该模型整合了电化学、力学和热力学机制，以系统地研究锂枝晶的形态演变及其抑制机制。在不同条件下的锂枝晶生长模拟（包括各向异性强度、脉冲充电协议、电解质浓度以及应力-温度耦合）揭示了三个关键发现：降低各向异性强度（δ < 0.01）可使锂枝晶的伸长率减少30%；增加电流密度会导致锂枝晶内部应力增大；热模拟进一步表明，局部温度升高虽然有助于离子扩散，但在锂枝晶穿透隔膜时可能引发热失控。高倍率充电（5 C率）会加剧浓度梯度，使锂枝晶的不稳定性增加40%。这些结果强调了优化界面能量调节、充电协议和热管理对于提升电池安全性的重要性。本文还提供了可行的指导原则，以设计出更可靠的电极结构并制定操作框架，从而推动高能量密度储能技术的发展。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。