天天动态:锂枝晶生长奥秘已被破解！有望造出更耐用的固态电池

(资料图)

5月26日讯，“固态电池”与常规锂离子电池不同的是，它们用一种完全固体的材料，比如陶瓷离子导体，取代了液体核心——也就是电解质。因此，它们具有许多优点，如机械坚固，不易燃，易于小型化，耐温度波动。

然而，固态电池在经过几次充放电循环后就会出现问题：虽然电池的正极和负极在开始时仍然是相互分离的，但它们最终会在电池内部相互连接：“锂枝晶”会慢慢生长。这些锂枝晶在每次充电过程中逐步生长，直到两极连接。

枝晶生长最终导致的结果是：电池短路并“死亡”。然而，到目前为止，在这个过程中发生的确切物理过程还没有被很好地理解。

现在，马克斯普朗克聚合物研究所的科学家团队已经解决了这个问题，并使用一种特殊的显微镜方法来更详细地研究这一过程。他们详细研究了固态电池生命周期，以延长其寿命，以期实现更耐用的电池。

据悉，他们研究了锂枝晶从何处开始生长的问题。该团队特别研究了陶瓷固体电解质中所谓的“晶界”。这些边界是在固体层的生产过程中形成的：陶瓷晶体中的原子基本上非常规则地排列。然而，由于晶体生长中的微小随机波动，会在原子不规则排列的位置形成线状结构，即所谓的“晶界”。

由于电子（即负电荷粒子）的积累，带正电的锂离子在固体电解质中运动，可以被还原成金属锂。其结果是，锂沉积和锂枝晶形成。如果重复充电过程，枝晶将继续生长，直到最后连接电池的两极。这种枝晶生长初始阶段的形成仅在负极观察到，但在相反的正极没有观察到生长。

科学家们希望，随着对生长过程的精确理解，他们也将能够开发出有效的方法来防止或至少限制枝晶的生长，以便将来也可以在其他领域使用更安全的锂固态电池。