念念不忘，必有回響。困擾人們許久的鋰枝晶生長機理問題終于取得了重大突破！

OFweek新能源汽車網從頂級國際期刊《Nature nanotechnology》（2019年IF=33.407）獲悉，2020年1月6日刊登了一篇題為《Lithium whisker growth and stress generation in an in situatomic force microscope–environmental transmission electron microscope set-up》的研究成果。

圖片來源：《Nature nanotechnology》官網

原位揭示鋰枝晶生長機理獲重要進展

該研究成果由燕山大學張利強教授、唐永福副教授、喬治亞理工學院朱廷教授、賓夕法尼亞州立大學Sulin Zhang教授以及燕山大學/湘潭大學黃建宇教授等人利用澤攸科技（ZepTools）推出的PicoFemto?原位力電一體樣品桿，巧妙地設計實驗過程來對鋰晶須形貌進行了原位生長觀察，并對其進行了應力測量。

在這項研究中，研究人員發現在室溫下，當對AFM針尖施加電壓（過電位）時亞微米晶須開始生長，這個生長過程中的生長應力高達130 MPa，遠高于此前研究報道。此外，研究人員還發現鋰晶須在純機械載荷作用下的屈服強度可達244Mpa。

AFM-ETEM納米電化學測試平臺，可實現原位觀測納米固態電池中鋰枝晶生長機制及其力學性能和力-電耦合精準定量測量（圖片來源：已發表論文）

該研究成果顛覆了科研工作人員對鋰枝晶力學性能的傳統認知，為抑制全固態電池中鋰枝晶生長提供了新的定量基準。

科研成果將加速全固態電池商業化量產？

我們知道，鋰金屬因其具有約為3860mAh/g的高比容量，成為新一代電池的理想負極材料之一。但我們從元素周期表的排位可知，鋰金屬化學活性很強，因此，在鋰金屬作為電極時，和電解液發生副反應后，容易形成鋰“枝晶”。

鋰“枝晶”的存在有什么危害呢？

電池內部存在的鋰“枝晶”會使電池庫倫效率和循環壽命大幅度降低。更值得關注的是，不可控的鋰枝晶非常“鋒利”，可能刺破隔膜，造成電池內部短路，從而導致電池起火。據OFweek鋰電網從多位鋰電行業的企業家處了解，目前動力電池為追求電池的高能量密度，降低了隔膜的厚度，從十幾毫米厚降至只有五、六毫米的厚度。2019年大批量汽車因電池原因起火，或許也間接反映了這個問題。

既然液態的電解液不行，有科研人員就會想到，用機械剛性的固態電解質來抑制鋰枝晶生長不就完事了么？

然而，可能對鋰枝晶的生長及相關的力學行為缺乏足夠了解，實驗結果表明，鋰金屬生長出來的枝晶仍然可以穿透固態電解質。

這項研究成果發布，將為設計具有高容量長壽命的金屬鋰固態電池提供了科學依據將助力固態電池在電動汽車、大型儲能和便攜電子器件等領域應用研發，因此，這項研究工作得到國家基金委和科技部的大力支持。

來源：OFweek維科網

此前，一位寧德時代電池開發負責人表示，寧德時代雖然已制作全固態電池樣品，但是實現量產恐怕還要等到2030年。這項研究成果得到應用之后，全固態電池將有望加速實現商業化量產。

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