在動(dòng)力電池領(lǐng)域，固態(tài)電池被譽(yù)為最具顛覆性的“明日之星”，承載著業(yè)界的無(wú)限期待。近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所傳來(lái)振奮人心的消息：借助尖端的原位透射電鏡技術(shù)，來(lái)自該所及其他機(jī)構(gòu)的科研人員成功捕捉到了固態(tài)電池內(nèi)部短路現(xiàn)象的微妙演變，首次在納米尺度下揭示了固態(tài)電池短路的根本原因，并深入剖析了鋰金屬析出機(jī)制的奧秘。這一突破性成果已在《美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)刊》上發(fā)表。

現(xiàn)如今，無(wú)論是智能手機(jī)還是電動(dòng)汽車(chē)，都離不開(kāi)鋰電池的驅(qū)動(dòng)。然而，傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的安全隱患始終如影隨形。為了突破這一瓶頸，科研人員正全力研發(fā)一種更加安全可靠的全固態(tài)電池。該電池采用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解液，并搭配能量密度更高的鋰金屬負(fù)極，以期實(shí)現(xiàn)更高的儲(chǔ)能能力。然而，固態(tài)電解質(zhì)偶爾發(fā)生的短路問(wèn)題，一直是制約其商業(yè)化進(jìn)程的關(guān)鍵因素。 

此次研究中，科研人員借助原位電鏡技術(shù)，發(fā)現(xiàn)固態(tài)電池短路的罪魁禍?zhǔn)自谟谄鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，如晶界和微小孔洞。短路過(guò)程可大致分為兩個(gè)階段：首先是軟短路階段，鋰金屬如同蔓延的藤蔓，沿著缺陷處不斷生長(zhǎng)，形成臨時(shí)的導(dǎo)電通道。這些通道反復(fù)出現(xiàn)，使得短路電流逐漸加劇，固態(tài)電解質(zhì)逐漸“適應(yīng)”并形成固定的導(dǎo)電路徑。隨著情況不斷惡化，固態(tài)電解質(zhì)最終完全喪失絕緣性能，導(dǎo)致無(wú)法挽回的硬短路發(fā)生。 

“鋰金屬在微小裂縫中的滲透，猶如水銀侵蝕金屬般，不斷‘侵蝕’材料結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致脆裂蔓延。最終，電池從偶爾漏電的軟短路狀態(tài)，徹底陷入無(wú)法逆轉(zhuǎn)的硬短路絕境。”論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院金屬所研究員王春陽(yáng)形象地解釋道，“我們的研究表明，這種失效機(jī)制在多種無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)中普遍存在，不容忽視。” 

基于上述發(fā)現(xiàn)，科研人員巧妙地利用具有彈性和絕緣性能的聚合物網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了一種新型無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。這種電解質(zhì)有效抑制了鋰金屬的析出和互連，從而顯著降低了電池短路的風(fēng)險(xiǎn)，大幅提升了電池的穩(wěn)定性和安全性。這一創(chuàng)新成果，無(wú)疑為固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程注入了強(qiáng)勁的動(dòng)力。（陸成寬）