中外科研人員合作揭開固態(tài)電池短路成因
更新時(shí)間：2025/5/22 8:53:26 來源：新華社CNML文字
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新華社沈陽(yáng)5月21日電（記者王瑩）經(jīng)過中外科學(xué)家的共同努力，固態(tài)電池相關(guān)研究取得新突破。近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心研究員王春陽(yáng)聯(lián)合國(guó)際團(tuán)隊(duì)，利用原位透射電鏡技術(shù)在納米尺度首次揭開了固態(tài)電池突發(fā)短路成因，并提出相應(yīng)對(duì)策，研究成果5月20日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上。
當(dāng)前，手機(jī)、電動(dòng)汽車都依賴鋰電池供電，但液態(tài)鋰電池存在一定安全隱患。研究人員正在研發(fā)更安全的“全固態(tài)電池”，用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解液，同時(shí)還能搭配能量密度更高的鋰金屬負(fù)極。然而這種革命性電池面臨一個(gè)致命難題：固態(tài)電解質(zhì)會(huì)突然短路失效。
科研人員用原位透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部缺陷（如晶界、孔洞等）誘導(dǎo)的鋰金屬析出和互連形成的電子通路直接導(dǎo)致了固態(tài)電池的短路，這一過程分為兩個(gè)階段：軟短路和硬短路。軟短路源于納米尺度上鋰金屬的析出與瞬時(shí)互連，這時(shí)的鋰金屬就像樹根一樣沿著晶界、孔洞等缺陷生長(zhǎng)，形成瞬間導(dǎo)電通路，即軟短路。伴隨著軟短路的高頻發(fā)生和短路電流增加，固態(tài)電解質(zhì)最終徹底喪失絕緣能力，引發(fā)不可逆的硬短路。
基于這些發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)利用具有機(jī)械柔性且電子絕緣的三維聚合物網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展了“剛?cè)岵?jì)”的無(wú)機(jī)－有機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，有效抑制了固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部的鋰金屬析出、互連及其誘發(fā)的短路失效。
該研究通過闡明固態(tài)電解質(zhì)的軟短路－硬短路轉(zhuǎn)變機(jī)制及其與析鋰動(dòng)力學(xué)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為固態(tài)電解質(zhì)的納米尺度失效機(jī)理提供了全新認(rèn)知，為新型固態(tài)電池的開發(fā)提供了新的理論依據(jù)。
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新華社沈陽(yáng)5月21日電（記者王瑩）經(jīng)過中外科學(xué)家的共同努力，固態(tài)電池相關(guān)研究取得新突破。近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心研究員王春陽(yáng)聯(lián)合國(guó)際團(tuán)隊(duì)，利用原位透射電鏡技術(shù)在納米尺度首次揭開了固態(tài)電池突發(fā)短路成因，并提出相應(yīng)對(duì)策，研究成果5月20日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上。
當(dāng)前，手機(jī)、電動(dòng)汽車都依賴鋰電池供電，但液態(tài)鋰電池存在一定安全隱患。研究人員正在研發(fā)更安全的“全固態(tài)電池”，用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解液，同時(shí)還能搭配能量密度更高的鋰金屬負(fù)極。然而這種革命性電池面臨一個(gè)致命難題：固態(tài)電解質(zhì)會(huì)突然短路失效。
科研人員用原位透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部缺陷（如晶界、孔洞等）誘導(dǎo)的鋰金屬析出和互連形成的電子通路直接導(dǎo)致了固態(tài)電池的短路，這一過程分為兩個(gè)階段：軟短路和硬短路。軟短路源于納米尺度上鋰金屬的析出與瞬時(shí)互連，這時(shí)的鋰金屬就像樹根一樣沿著晶界、孔洞等缺陷生長(zhǎng)，形成瞬間導(dǎo)電通路，即軟短路。伴隨著軟短路的高頻發(fā)生和短路電流增加，固態(tài)電解質(zhì)最終徹底喪失絕緣能力，引發(fā)不可逆的硬短路。
基于這些發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)利用具有機(jī)械柔性且電子絕緣的三維聚合物網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展了“剛?cè)岵?jì)”的無(wú)機(jī)－有機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，有效抑制了固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部的鋰金屬析出、互連及其誘發(fā)的短路失效。
該研究通過闡明固態(tài)電解質(zhì)的軟短路－硬短路轉(zhuǎn)變機(jī)制及其與析鋰動(dòng)力學(xué)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為固態(tài)電解質(zhì)的納米尺度失效機(jī)理提供了全新認(rèn)知，為新型固態(tài)電池的開發(fā)提供了新的理論依據(jù)。
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