鋰離子電池經(jīng)常在電極之間形成針狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電池短路，甚至引起火災(zāi)。近日，一個研究團(tuán)隊找到了一種培養(yǎng)和觀察鋰晶須和樹枝狀晶體的方法，以了解阻止或防止鋰晶須和樹枝狀晶體出現(xiàn)。

賓夕法尼亞州立大學(xué)機(jī)械工程教授張素琳（SulinZhang）表示：“由于這種晶須很小，很難探測到它的成核過程，也很難觀察到它的形成過程。鋰的極高反應(yīng)活性也使得實(shí)驗檢測它的存在和測量它的性質(zhì)非常困難。”

鋰晶須和樹枝狀晶體是厚度僅幾百納米的針狀結(jié)構(gòu)，可以從鋰電極通過液體或固體電解質(zhì)向正極生長，使電池短路，甚至引發(fā)火災(zāi)。

來自我國、佐治亞理工學(xué)院和賓夕法尼亞州立大學(xué)的合作團(tuán)隊利用二氧化碳大氣在環(huán)境透射電子顯微鏡（ETEM）中成功地培育出了鋰晶須。二氧化碳與鋰的反應(yīng)形成一層氧化物，有助于穩(wěn)定晶須。

這項研究最近公布在《自然－納米技術(shù)》雜志上。論文名字是“通過現(xiàn)場測試－原子力顯微鏡揭示鋰晶須的形成和生長應(yīng)力的產(chǎn)生”。

研究團(tuán)隊創(chuàng)造性地使用原子力顯微鏡（AFM）作為反電極，并且集成的ETEM－AFM技術(shù)能夠同時成像晶須形成和測量生長應(yīng)力。假如生長應(yīng)力過高，它會穿透并破壞固態(tài)電解質(zhì)，晶須就會繼續(xù)生長，最終導(dǎo)致電池短路。

張素琳說：“現(xiàn)在我們知道了生長應(yīng)力的極限，我們可以相應(yīng)地設(shè)計固體電解質(zhì)以防止這種情況。”基于鋰金屬的全固態(tài)電池因其更高的安全性和更強(qiáng)的能量密度而備受青睞。

張素琳說，這項新技術(shù)將受到機(jī)械和電化學(xué)界的歡迎，并將在許多其他應(yīng)用中發(fā)揮作用。

研究小組的下一步工作是觀察樹枝狀晶體在TEM下與更真實(shí)的固態(tài)電解質(zhì)形成的過程，以確切地了解發(fā)生了什么。