固态电池短路的原因找到

作为最具潜力的“下一代动力电池”，固态电池被业界寄予厚望。记者22日从中国科学院金属研究所获悉，利用原位透射电镜技术，来自该所等单位的科研人员，首次在纳米尺度下观察到固态电池内部的短路变化过程，成功找到固态电池短路的原因，并揭示短路变化背后的锂金属析出的具体机制。相关研究成果发表于《美国化学会会刊》。

目前，手机和电动汽车都靠锂电池供电，但常用的液态锂电池存在安全隐患。为了解决这个问题，科研人员正在开发一种更安全的全固态电池。这种电池用固态电解质代替了液态的电解液，还能搭配具有更高能量密度的锂金属负极，让电池储能更多。不过，这种新电池也有个棘手的问题：它的固态电解质有时会突然短路，导致电池失效。

在这项研究中，科研人员通过原位电镜观察发现，固态电池短路的原因主要与内部缺陷有关，比如晶界和孔洞。这个过程分为两步：先是软短路，后是硬短路。在软短路阶段，锂金属像树根一样沿着缺陷生长，形成临时的导电通道。这些通道会频繁出现，导致短路电流逐渐增大。此时，固态电解质就像被“训练”了一样，慢慢形成固定的导电通道。随着情况恶化，固态电解质最终彻底丧失绝缘能力，发生不可逆的硬短路。

“在这个过程中，锂金属会像水银渗入金属一样，在微小裂缝中‘腐蚀’材料结构，导致脆裂扩散。最终，电池从暂时漏电（软短路）彻底崩溃为永久短路（硬短路）。”论文通讯作者、中国科学院金属所研究员王春阳说，“我们的研究表明，这种失效机制在多种无机固态电解质中普遍存在。”

更重要的是，基于以上发现，科研人员利用具有弹性和绝缘性的聚合物网络，开发了一种新型的无机/有机复合固态电解质，有效抑制了固态电解质内部锂金属的析出和互连，从而有效避免了电池短路问题，大幅提高了电池的稳定性和安全性。

王春阳表示，这项研究揭示了固态电池从软短路到硬短路的转变过程，并阐明了这一过程与锂金属析出之间的内在联系，为理解固态电解质的失效机制提供了新视角，也为开发新型固态电解质奠定了理论基础。同时，研究还展示了先进透射电子显微镜技术在解决能源领域关键问题中的重要作用。

（中国科学院金属研究所供图）