6月8日，牛津大学（University of Oxford）研究人员在期刊《Nature》发表了一项新研究，可显著改进电动汽车（EV）电池。通过使用先进的成像技术，新研究揭示了导致锂金属固态电池（Li-SSB）失效的机制。如果能够克服这些问题，使用锂金属阳极的固态电池就可以显著改进EV电池续航里程、安全性和性能，并有助于推动电动航空的发展。

图片来源：牛津大学

 

       该研究的共同主要作者之一、牛津大学材料系博士生Dominic Melvin表示：“用锂金属阳极开发固态电池是电池技术进步面临的最重要挑战之一。虽然今天的锂离子电池将继续改进，但对固态电池的研究有可能实现高回报和改变游戏规则的技术。”

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       与其他电池不同，Li-SSB使用固体电解质代替了传统电池中易燃的液体电解质，并使用锂金属作为阳极（负极）。固体电解质的使用提高了安全性，而锂金属的使用意味着可以储存更多的能量。然而，Li-SSB面临的一个关键挑战是，由于“枝晶”（锂金属细丝会穿透陶瓷电解质）的生长，电池在充电时容易发生短路。作为法拉第研究所SOLBAT项目的一部分，牛津大学材料、化学和工程科学系的研究人员领导了一系列深入调查，以更多地了解这种短路是如何发生的。

 

       在这项最新研究中，该小组在Diamond Light Source使用了称为X射线计算机断层扫描的先进成像技术，以前所未有的细节可视化充电过程中的枝晶失效。新成像研究表明，枝晶裂纹的萌生和传播是独立的过程，由不同的潜在机制驱动。当锂在次表层孔隙中积累时，枝晶裂纹就开始了。当孔隙变满时，电池的进一步充电会增加压力，导致破裂。相比之下，传播发生在锂仅部分填充裂缝的情况下，通过楔形开口机制驱动裂缝从后面打开。

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       这种新的理解为克服Li-SSB的技术挑战指明了方向。Dominic Melvin表示：“例如，虽然锂阳极的压力可以很好地避免在放电时与固体电解质的界面产生间隙，但研究结果表明，充电引起的压力过大可能使枝晶生长和造成短路。”

 

       法拉第研究所首席执行官Pam Thomas教授表示：“SOLBAT研究人员继续发展对固态电池失效的机理理解，这也是在汽车应用中实现具有商业相关性能的高功率电池之前需要克服的一个障碍。”