“桑迪亚国家实验室进行全新纳米级研究 使锂金属电池更强大、更持久”

盖乌斯汽车信息研究员致力于制造可靠的锂金属电池。 与锂离子电池相比，这个高性能的蓄电池可以储存50%多的能量。 但是，该电池存在易故障、易爆炸、易燃等安全问题，影响商用。 研究者为此提出了许多原因假说，但直接证据相对较少。

(照片来源:圣地亚哥国家研究所)

据外国媒体报道，在完美的锂金属纽扣电池内拍摄的第一张纳米级照片，挑战了目前的主流理论，有助于未来高性能电池的制造，可以使电动汽车更安全、更强大、更长久。

桑迪亚国家研究所( sandia national laboratories )的电池科学家katie harrison带队进行了这项研究，提高了锂金属电池的性能。 harrison说:“我们发现，与锂金属相比，应该采用调整后的隔膜材料。”

最近，桑迪亚的研究者有赛梅尔飞世尔科技企业( thermo fisher scientific inc.)、俄勒冈大学( university of oregon )、 劳伦斯伯克利国家研究所) lawrenceberkeleynationallaboratory )合作报告的这项研究是桑迪亚研究所的指导研究和快速发展项目( Sandia’slaboratorydirectedresearchandedery )

通过内部副产物的蓄积来杀死电池

研究人员使用电动汽车充电所需的高密度电流，对锂离子电池进行反复充放电。 一点点的小区稍微循环，其他小区循环数百次。 接下来，将这些小区送到位于俄勒冈州希尔斯伯罗( hillsboro )的赛梅尔飞世尔科技企业进行拆解。

当研究者看到电池内部的图像时，他们以为会在电池表面发现针状锂沉积物。 许多电池研究者认为，重复循环后形成的锂尖状物( lithium spike )通过正负极之间的塑料隔板，形成导致短路的桥。 但是，锂是柔软的金属，对于如何通过隔膜，研究人员还不清楚。

令人惊讶的是，这个小组发现了第二个原因，即电池内部化学反应产生的副产品会形成坚硬的沉积物。 这些被称为固体电解质界面膜的副产物在电池每次充电时都会累积。 覆盖锂，在隔膜上形成小孔，为金属沉积物提供开口，使之扩散，最终引起短路。 总结一下，锂沉积物和副产品的损害比之前想象的要大得多，起着除雪机的作用，而不是针。 harrison说:“隔板完全被破坏了。” 此外，只有在电动汽车技术要求快速充电率的情况下，才会出现这一机制，但在较慢的充电率下，没有发现这一点。

桑迪的研究者计划改变隔板的材料。 但是，为了减少副产物的产生，有必要进行深入研究。

科学家结合激光和低温[/s2/]所拍摄的图像

找出纽扣电池故障的原因不容易，问题是不锈钢外壳。 因为金属外壳会限制x光等外部诊断方法。 对于分解使用的电池部分，通过采用外部方法，不需要撕开电池层，也不会破坏内部可能存在的证据。 桑迪亚国家实验室集成纳米技术中心的纳米级图像科学家katie jungjohann说:“我们有各种工具来研究电池的各种组件。 但是，没有一个工具可以用一个图像处理所有的问题。 ”

jungjohann及其同事采用了激光可以穿透电池外壳的显微镜。 显微镜与样品支架连接，样品支架用于支撑在负100°c和负120°c之间冷冻的电解质。 激光提供了足够的开口，可以穿透狭窄的电子束反弹到探测器上，提供电池内部截面的高分辨率图像，区分不同材料的所有可用细节。

实际的演示仪器是当时美国唯一的这样的工具，在位于俄勒冈州的塞马飞世尔科学实验室开发，还可以使用。 目前，更新后的副本在桑迪，将被广泛采用以处理许多材料和故障的分解问题。