据国外媒体报道，科学家发现了锂离子电池中针状结构(树枝状晶体和枝晶)生长的根本原因，这种结构有时会导致锂离子电池短路、故障，甚至起火。
(图片来源:西北太平洋国家实验室)美国能源部下属的西北太平洋国家实验室(PNNL)的一个研究小组发现，电池电解液(在电池中引起临界化学反应的液体材料)中的某些化合物会促进树突和枝晶的生长。研究小组希望这一发现能够促进新方法的发展，最终通过控制电池组件组织中的树突和枝晶的生长。树突是生长在锂电池中的微小、坚硬的树枝状结构。它们针状突起的部分称为树突。这两种物质都会造成严重的损害，并穿透电池内部的隔膜，就像杂草可以穿透混凝土平台或铺设的道路一样。而且，这类物质还会增加电解液和锂之间的不良反应，加速电池失效。锂金属电池比常用的锂离子电池具有更高的能量密度，但枝晶和枝晶的存在阻碍了锂金属电池的普及。PNNL团队发现，锂金属电池中的枝晶源于一层“SEI”膜(固体电解质中间相)，这是阳极固体锂表面和液体电解质之间的一层薄膜。此外，科学家还发现了树枝状生长的元凶:碳酸乙烯酯。碳酸乙烯酯是一种不可或缺的溶剂，可以添加到电解液中以提高电池性能。原来是碳酸乙烯酯使电池容易损坏。研究人员为这项研究设计了一种纳米尺寸的锂金属电池，然后用视频一步步演示电池中树突的生长过程。“当锂离子开始在阳极聚集或“成核”时，枝晶开始形成，从颗粒大小开始，表明枝晶的诞生。”。随着越来越多的锂原子聚集在一起，结构慢慢变大，就像从洞穴底部长出的石笋。研究小组发现，SEI表面的能量动力学会将更多的锂离子推到缓慢生长的树枝状柱上。然后，突然，一个树突长了出来。捕捉树突生长的瞬间对团队来说并不容易。为此，科学家们使用了原子力显微镜(AFM)和环境投影电子显微镜(ETEM)的组合。ETEM是一种非常有价值的仪器，可以让科学家在真实条件下研究电池的工作状态。该团队利用AFM测量树枝状生长过程中的微小力，通过向下按压AFM的悬臂顶端，测量树枝状生长的力，测量树枝状生长过程中树突施加的力。研究小组发现碳酸乙烯酯的含量与枝晶和枝晶的生长直接相关。研究小组在电解液中添加的碳酸乙烯酯越多，枝晶就越多。科学家使用电解质混合物进行实验，改变其成分以减少枝晶。例如，研究人员添加环己酮来防止树枝状晶体和树枝状晶体的生长。了解电池中树枝状晶体形成和生长的原因可以为消除或控制树枝状晶体提供新思路，并最终防止电池损坏。研究人员表示，对电池枝晶的更深入了解将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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