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2020-12-08 点击量：307次
导致锂离子电池失效的原因有很多，其中一个问题由来已久，即高电流密度下出现的枝晶穿透现象。锂枝晶是一种树形结构，形成于电池的锂镀层上。它们可以迅速穿过电池的陶瓷隔膜，即电池正极和负极之间的多孔塑料膜。一旦枝晶穿过隔膜，电池就会短路。枝晶生长取决于电流密度，当电流密度高于预期或设计的3个数量级时，电池中会出现枝晶。在之前的研究中，研究人员打开电池，会看到隔膜上的黑点，那就是枝晶穿透隔膜的位置。
重要研究人员YoungjuLee进行同样的研究，分析黑点覆盖的区域。结果发现，它们占隔膜总面积的0.1%，这意味着对应的电流要比预期值高1000倍。在没有达到临界电流密度的情况下，电池怎么会短路，这是一个谜题。Bai说：在设计电池时，我们使用电极或隔膜的整个面积来计算电流密度。但是，高电流密度是局部发生的。
研究人员利用一种独特的、透明的微管电芯，来观察锂金属生长动态，通过隔膜孔，重建实际的金属刺穿动态过程。Bai说：我们发现它比我们想象的更复杂，它对通道的几何形状非常敏感。他们发现，从本质上看，具有收敛截面面积的单一电解液通道，以及有效实用的隔膜(在金属生长方向上可能导致穿透孔越来越少)，将加速并加剧这种动态，导致电池更快短路。Lee说：假如你拥有扩张的通道，你可以延迟甚至防止枝晶形成。这就是我们的发现。
研究人员不仅描述了这种关系，而且用一个数字来表达。Lee表示：物理量、电流密度和短路时间非常重要，这个数字含义了它们之间的关系。假如这个数字(Sand公式中的指数)小于负2，那么你就会拥有更安全的锂离子电池。假如高于负2，比如-1.5，那就不好了。Bai说：你的电池会很快短路，早于标准模型预测的时间。
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