固態電池短路原因找到

科技日報北京5月22日電 （記者陸成寬）作為最具潛力的“下一代動力電池”，固態電池被業界寄予厚望。記者22日從中國科學院金屬研究所獲悉，利用原位透射電鏡技術，來自該所等單位的科研人員首次在納米尺度下觀察到固態電池內部的短路變化過程，成功找到固態電池短路的原因，並揭示短路變化背後的鋰金屬析出機制。相關研究成果發表於《美國化學會會刊》。

目前，手機和電動汽車都靠鋰電池供電，但常用的液態鋰電池存在安全隱患。為了解決這個問題，科研人員正在開發一種更安全的全固態電池。這種電池用固態電解質代替液態電解液，還能搭配具有更高能量密度的鋰金屬負極，讓電池儲能更多。不過，這種新電池也有個棘手的問題：固態電解質有時會突然短路，導致電池失效。

在這項研究中，科研人員通過原位電鏡觀察發現，固態電池短路的原因主要與內部缺陷有關，比如晶界和孔洞。這個過程分為兩步：先是軟短路，後是硬短路。在軟短路階段，鋰金屬像樹根一樣沿着缺陷生長，形成臨時的導電通道。這些通道會頻繁出現，導致短路電流逐漸增大。此時，固態電解質就像被“訓練”了一樣，慢慢形成固定的導電通道。隨着情況惡化，固態電解質最終徹底喪失絕緣能力，發生不可逆的硬短路。

“在這個過程中，鋰金屬會像水銀滲入金屬一樣，在微小裂縫中‘腐蝕’材料結構，導致脆裂擴散。最終，電池從暫時漏電的軟短路徹底崩潰為永久的硬短路。”論文通訊作者、中國科學院金屬所研究員王春陽説，“我們的研究表明，這種失效機制在多種無機固態電解質中普遍存在。”

基於以上發現，科研人員利用具有彈性和絕緣性的聚合物網絡，開發了一種新型的無機/有機複合固態電解質，有效抑制了固態電解質內部鋰金屬的析出和互連，從而有效避免了電池短路問題，大幅提高了電池的穩定性和安全性。