瑞達新能源述科學家研究發(fā)現鋰離子電池頻頻爆炸的原因!

　　科學家研究發(fā)現鋰離子電池頻頻爆炸的原因!

　　隨著便攜式電子設備及電動汽車的快速發(fā)展，人們除了追求鋰電池的容量更大、充放電速度更快外，更為關心的是如何保障鋰電池使用的安全性。因為時不時發(fā)生的鋰電池爆炸等事件，免不得讓人神經緊繃。如何解決鋰電池安全性問題的前提是，科學家盡可能深入和全面地了解鋰電池爆炸的原因。

　　目前科學層面的解釋是電極表面鋰沉積會形成“枝晶”(dendrites)，而且它會繼續(xù)生長，從而造成電池內部短路引起電池故障或可能引發(fā)火災。但如何從原子結構層面去認識和研究，進而去找出解決問題的方案，在過去缺少有效的技術手段。

　　本月剛剛斬獲2017年諾貝爾化學獎的冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)技術，就為此提供了有力的技術支撐。斯坦福大學、美國能源部直屬的SLAC國家加速器實驗室的教授崔屹、1997年諾貝爾物理學獎得主朱棣文等人的研究團隊，就通過冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)捕捉到了首張原子級鋰金屬枝晶的圖像。該研究成果已于當地時間10月27日發(fā)表在國際學術期刊《Science》上。

　　每個鋰金屬枝晶是一個長條狀，且成型完美的六面晶體。而此前通過電子顯微鏡鏡觀察到的只是不規(guī)則形狀的晶體。崔屹稱，“研究成果非常令人激動，也為相關研究打開了全新的局面!”

　　冷凍電子顯微鏡，顧名思義就是應用冷凍固定術，在低溫下使用透射電子顯微鏡(TransmissionElectronMicroscope，簡稱TEM)觀察樣品的顯微技術。冷凍電子顯微鏡是重要的結構生物學研究方法，是獲得生物大分子結構的重要手段。

　　另一位參與此項研究的斯坦福大學博士生yuzhangli稱，還能看到固體電解質界面膜(SEI)，同時還揭示了在不同電解質中形成的不同的SEI納米結構。因為當電池充電和放電時，同樣的涂層也會在金屬電極上形成，所以控制它的產生和穩(wěn)定對于電池的高效利用至關重要。

　　利用cryo-EM，科學家能夠觀察到電子如何從枝晶中的原子中彈出，進而揭示單個原子的位置(左圖)?？茖W家甚至能夠測量原子之間的距離(右上圖)，而原子間距恰好能表明它們是鋰原子(右下圖)。

　　SLAC發(fā)布的新聞稿顯示，在顯微鏡下，研究人員使用不同的技術來觀察電子從枝晶的原子中彈出的方式，揭示晶體和其固體電解質界面膜涂層中單個原子的位置。當他們向其中添加通常用于提高電池性能的化學物質時，固體電解質界面膜涂層的原子結構變得更加有序，而這將有助于解釋為什么添加劑會起到作用。

　　“我們很興奮，這是我們第一次能夠獲得如此詳盡的枝晶的圖像，也是我們第一次看到固體電解質界面膜層的納米結構。”YanbinLi說，“這個工具可以幫助我們了解不同的電解質分別有什么樣的作用，以及為什么某些電解質的效果比其它的要好?！?/p>

　　從這些實驗中觀察到的相關數據可以實現對電池故障機理更進一步地了解。盡管此工作是以鋰金屬為例來證明cryo-EM的實用性，但是這種方法也可能會擴展到涉及光束敏感材料(如鋰化硅或硫)的其他研究。該研究團隊還表示，他們計劃將著重于更多地了解固體電解質界面膜層的化學屬性和結構。

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