研究人员开发出防止下一代锂电池损坏的方法

马里兰大学的研究人员研究锂电池如何失效，开发了一种新技术，可以使下一代电动汽车(EV)和其他设备不易发生电池，同时增加能量存储。

周三在《自然》杂志上发表的一篇论文中提出了这种创新方法，它抑制了锂枝晶的生长，从而破坏了所谓全固态锂电池内部形成的树枝状结构，从而阻止了公司将这项有前景的技术广泛商业化。但由化学与生物分子工程系王春生教授领导的这种电池“中间层”的新设计可以阻止枝晶的形成，并可能为生产可行的电动汽车全固态电池打开大门。

在美国，至少有75万辆注册的电动汽车使用锂离子电池，这种电池因其高能量存储而广受欢迎，但其中含有易燃液体电解质成分，在过热时会燃烧。虽然没有政府机构按汽车类型跟踪车辆，而且电动汽车电池似乎相对罕见，但它们带来了特殊的风险;美国国家运输安全委员会报告称，急救人员很容易受到安全风险的影响，包括触电以及接触损坏或燃烧的电池产生的有毒气体。

王说，全固态电池可能会导致汽车比当前的电动或内燃模型更安全，但制定绕过这些缺点的策略非常困难。当这些电池在电动汽车所需的高容量和充放电速率下运行时，锂枝晶会向阴极侧生长，导致短路和容量衰减。

他和博士后万红利于2021年开始开发锂枝晶生长形成的理论;研究人员表示，这仍然是一个科学争论的问题。

“在我们弄清楚这一部分之后，我们提出了重新设计中间层的想法，以有效抑制锂枝晶的生长，”他说。

他们的解决方案是独特的，因为固体电解质和阳极(电子从电路进入电池的地方)以及电解质和阴极(能量流出电池的地方)之间的电池界面稳定。新的电池结构增加了一个富含氟的中间层，可以稳定阴极侧，并用镁和铋对阳极的中间层进行了改性，从而抑制了锂枝晶。

“固态电池是下一代电池，因为它们可以实现高能量和安全性。在目前的电池中，如果你实现高能量，你就会牺牲安全性，”王说。

在产品进入市场之前，研究人员还有其他挑战需要解决。为了实现全固态电池的商业化，专家们必须缩小固体电解质层的尺寸，以达到与锂离子电池电解质相似的厚度，这将提高能量密度，或者说电池可以存储多少电量。该团队表示，基础材料的高成本是另一个挑战。

为了在2026年之前将新型电池推向市场，先进电池制造商SolidPower计划开始试验这项新技术，以评估其商业化潜力。研究人员表示，持续的研究旨在进一步提高能量密度。