锂渗透如何破解？提升锂电池固态电解质光滑度成关键

2017-07-14 14:34

据外媒报道，麻省理工大学（MIT）的研究人员与德国的同行们共同提出，若采用表面光滑的固态电解质（solid electrolyte），可防止有害的锂渗透（Li infiltration）现象出现，进而提升固态锂离子电池的性能。这表明研究人员需要将研究重心放在提升固态电解质表面的光滑度，这样或将消除或极大地减少电池固态电解质树突的生成数量。为避免产生易燃问题，或许未来还会采用固态锂金属电极。

研究人员试图解决这类问题，向固态电解质内添加了陶瓷等其他材料。尽管固态电解质能解决电解液的易燃性问题，但经测试表明，这类材料的性能不太稳定，短路的频率比预期高。

据新研究表明，问题在于此前的研究人员选错了研究方向，他们旨在找寻一款可制造固态电解质的材料。他们认为材料的硬度（firmness）或剪切模量（shear modulus）将决定树突（dendrites）是否会渗入电解质。但据新分析表明，表面的光滑度才是该问题的关键所在，电解质表面的细微裂纹及划痕将导致金属物的积聚。

在发生电化学反应（electrochemical reaction）后，来自电解质的锂（离子）将开始积聚到其表面细微瑕疵（包括：细微的凹点、裂痕、划痕）处。一旦锂离子开始在瑕疵处形成积聚，这一情况将会持续下去。令人感到诧异的是，积聚物是从树突的尖端开始，而非从其基部开始，进而导致固态积聚物的形成，就像是用个楔子，将裂纹挖得更宽。

这表明研究人员需要将研究重心放在提升固态电解质表面的光滑度，这样或将消除或极大地减少电池固态电解质树突的生成数量。为避免产生易燃问题，或许未来还会采用固态锂金属电极。此外，该举措或将使锂离子电池的能量密度翻番。

树突的形成将导致短路故障，该问题一度成为锂电池的技术难题。