太平洋西北国家实验室 PNNL科学家王崇敏、吴旭和杨赫用经过特殊改装的环境透射电子显微镜拍摄了锂电池内胡须生长的图像和视频
信用:安德烈斯塔尔/PNNL 科学家们发现了针状结构——被称为树突和晶须——生长的根本原因，针状结构困扰着锂电池，有时会导致短路、故障甚至火灾
由能源部西北太平洋国家实验室的王重民领导的研究小组已经表明，电解液中某些化合物的存在——使电池的关键化学成为可能的液体材料——促进了树突和晶须的生长
该团队希望这一发现将导致通过控制电池成分来阻止其生长的新方法
该结果于10月16日在网上公布
自然纳米技术14
树突是微小、坚硬的树状结构，可以在锂电池内部生长；他们针状的突起被称为胡须
两者都造成巨大伤害；值得注意的是，它们可以刺穿电池内部被称为隔板的结构，就像杂草可以刺穿混凝土天井或铺路一样
它们还会增加电解液和锂之间不必要的反应，加速电池故障
树枝状晶体和晶须阻碍了锂金属电池的广泛使用，锂金属电池的能量密度高于常用的锂离子电池
PNNL团队发现锂金属电池中晶须的来源在于一种被称为“SEI”或固体电解质界面的结构，即阳极的固体锂表面与液体电解质相遇的薄膜
此外，科学家们找到了生长过程中的罪魁祸首:碳酸乙烯酯，一种添加到电解液中以提高电池性能的不可或缺的溶剂
事实证明，碳酸乙烯酯会使电池容易损坏
捕捉锂电池内部快速移动的动作 该小组的发现包括视频，视频显示了为这项研究专门设计的纳米锂金属电池中晶须的逐步生长
PNNL的研究人员通过视频捕捉到了纳米锂金属电池中一种被称为晶须的有害结构的生长
锂离子开始聚集在一起，形成一个粒子；随着越来越多的锂原子聚集，这种结构生长缓慢，就像石笋从洞穴底部生长一样
然后，突然，一根须突了出来
信用:何等
亚拉巴马州
，自然纳米技术 当锂离子开始在阳极表面聚集或“成核”时，枝晶开始形成，形成一个颗粒，标志着枝晶的诞生
随着越来越多的锂原子聚集在一起，这种结构慢慢生长，就像石笋从洞穴底部生长一样
研究小组发现，SEI表面的能量动力学推动更多的锂离子进入缓慢增长的柱中
然后，突然，一根须突了出来
对团队来说，捕捉动作并不容易
为此，科学家们将原子力显微镜(AFM)和环境透射电子显微镜(ETEM)结合在一起，这是一种非常珍贵的仪器，可以让科学家在真实条件下研究运行中的电池
该团队使用原子力显微镜测量胡须生长时的微小作用力
就像医生通过让病人向上推医生伸出的手来测量病人的手的力量一样，PNNL团队通过用原子力显微镜的悬臂向下推触须的尖端来测量触须生长的力，并测量树突在生长过程中施加的力
电解质的配方 研究小组发现，碳酸乙烯酯的含量与枝晶和晶须的生长直接相关
研究小组在电解液中加入的材料越多，胡须就长得越多
科学家们用电解质混合物做实验，改变成分以减少树突
一些变化，如环己酮的加入，阻止了枝晶和晶须的生长
“我们不想简单地抑制树突的生长；我们想找到根本原因并消除它们，”该论文的作者王(音译)和吴旭(音译)说
“我们利用了在电化学方面有专长的同事的专业知识
我希望我们的研究结果能促使社会以新的方式来看待这个问题
显然，还需要更多的研究
" 第一作者杨赫补充说，了解是什么导致胡须开始生长，将会产生消除胡须或者至少控制胡须以减少伤害的新想法
他和他的团队跟踪胡须是如何对障碍物做出反应的，无论是弯曲、屈服、扭结还是停止
加深理解有助于为锂金属电池在电动汽车、笔记本电脑、手机和其他领域的广泛应用扫清道路
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