一项新近发表于《科学》杂志的研究首次直接观测到锂离子电池内部锂枝晶的生长过程，并揭示了其导致电池短路的力学原理。这项由美国和新加坡多所大学研究人员合作完成的成果，为提升下一代电池安全性提供了关键数据。
锂枝晶是在电池充电过程中，从负极生长出的微小金属结构，其直径比人类头发丝细约100倍。研究团队发现，这些结构并非如传统认知般柔软，而是表现出高强度与脆性。新泽西理工学院的刘星博士参与该研究并表示：“锂枝晶被广泛认为是锂金属电池商业化的最大障碍之一。”在电池运行中，枝晶不仅可能刺穿隔膜导致短路，其断裂后形成的电绝缘碎片“死锂”还会造成电池容量下降。
为在纳米尺度下精确观测，莱斯大学的研究人员搭建了气密样品制备平台，以避免高活性锂接触空气发生结构变化。通过高分辨率电子显微镜和定制化的力学表征平台，团队首次对从工作电池中提取的单根锂枝晶进行了拉伸测试。莱斯大学博士毕业生、研究共同第一作者张博宇解释了这一精细工作的难度：“为了能够对锂枝晶进行定量研究，我们为这项精细的工作开发了定制的样品制备和机械表征平台。”
实验结果显示，被固态电解质界面层包裹的锂枝晶，其断裂时的力学行为与预期截然不同。刘星描述道：“我们的观察表明，它们可能恰恰相反，既坚硬又易碎——断裂的方式更像是干意大利面。”这一发现解释了为何即便采用高硬度固态电解质，枝晶穿透问题依然存在。新泽西理工和佐治亚理工学院的团队随后通过尺度桥接模拟证实，包裹枝晶的纳米级SEI涂层是导致其刚性增强并易发生脆性断裂的关键。
该研究不仅重新定义了学界对锂枝晶力学特性的认识，也为后续研究指明了方向。刘星指出：“了解其背后的物理原理，可以为如何使枝晶不易发生脆性断裂提供新的见解——例如，使用锂合金阳极。”通过调控锂枝晶的生长行为来抑制其脆性断裂，有望成为提升锂金属电池安全性与循环寿命的有效策略。（来源：维度网）
