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锂枝晶研究新发现,助锂电更安全

锂离子电池经常在电极之间形成针状结构,导致电池短路,甚至引起火灾。近日,一个研究团队找到了一种培养和观察锂晶须和树枝状晶体的方法,以了解阻止或防止锂晶须和树枝状晶体出现。

宾夕法尼亚州立大学机械工程教授张素琳(Sulin Zhang)表示:“由于这种晶须很小,很难探测到它的成核过程,也很难观察到它的形成过程。锂的极高反应活性也使得实验检测它的存在和测量它的性质非常困难。”

锂晶须和树枝状晶体是厚度仅几百纳米的针状结构,可以从锂电极通过液体或固体电解质向正极生长,使电池短路,甚至引发火灾。

来自中国、佐治亚理工学院和宾夕法尼亚州立大学的合作团队利用二氧化碳大气在环境透射电子显微镜(ETEM)中成功地培育出了锂晶须。二氧化碳与锂的反应形成一层氧化物,有助于稳定晶须。

这项研究最近发布在《自然-纳米技术》杂志上。论文名字是“通过现场测试-原子力显微镜揭示锂晶须的形成和生长应力的产生”。

研究团队创造性地使用原子力显微镜(AFM)作为反电极,并且集成的ETEM-AFM技术能够同时成像晶须形成和测量生长应力。如果生长应力过高,它会穿透并破坏固态电解质,晶须就会继续生长,最终导致电池短路。

张素琳说:“现在我们知道了生长应力的极限,我们可以相应地设计固体电解质以防止这种情况。” 基于锂金属的全固态电池因其更高的安全性和更强的能量密度而备受青睐。

张素琳说,这项新技术将受到机械和电化学界的欢迎,并将在许多其他应用中发挥作用。

研究小组的下一步工作是观察树枝状晶体在TEM下与更真实的固态电解质形成的过程,以确切地了解发生了什么。

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