▲锂枝晶穿透分离器造成严重的安全隐患。
锂和电解液的消耗导致蓄电容量的衰减。
锂金属电池是高密度能量存储技术最有希望的候选者，这一技术广泛应用于数字“智能”设备和电动交通工具，但无法抑制树枝状锂结晶的生长导致锂电池再充电性能差且有安全隐患，这降低了锂电池目前的潜力。
被用作电池阳极或阴极的树枝晶在锂金属表面呈针状生长。这些锂枝晶诱发了不需要的副反应，进而降低了电池的能量密度，最坏的情况是导致电极短路，从而引起燃烧或爆炸。美国亚利桑那州立大学的新研究发现，使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）或硅树脂的三维层作为锂金属阳极的基底，可以减轻树枝晶的形成，并可以显著延长电池寿命并降低安全风险。该研究结果3月6日发表在《自然·能源》期刊上。
亚利桑那州立大学的研究者表示，这些研究成果与锂离子电池、锂空气电池及其他金属阳极基电池都有关联性，新发现对锌、钠和铝电池也有启发意义。
研究者表示，其研究团队是以机械工程师的视角寻求解决方案，他们通过类比的方式研究了压力作为锂枝晶的生成因素的可能性。第一轮研究主要是在电池阳极底部添加一层聚二甲基硅氧烷，这显著抑制了树枝晶的生长。研究人员发现，这一结果与“褶皱”状聚二甲基硅氧烷基片的变形缓解了锂金属内部累积的压力直接相关。这也是首次强有力的证据表明残余压力在锂电池晶枝的出现中起了关键作用。
为了获得对树枝状锂结晶生长机制的根本性理解，该研究团队想出了一个聪明的办法，将聚二甲基硅氧烷基底变成三维形式，以具有多个表面。“想象内部有很多小气孔的方糖，在这些立方体内部，聚二甲基硅氧烷形成一个连续的网络作为衬底，并被薄铜层覆盖以传导电子。最后，锂填满了这些气孔，而聚二甲基硅氧烷像海绵层一样释放了压力，抑制了树枝晶的生长。”
来自美国莱斯大学的研究团队的成员——唐明教授说：“通过结合其他抑制锂枝晶生长的方法，如电解液添加剂，这些发现对制造一种安全、高能量密度且寿命长的锂金属电池具有重大意义。”
科界原创
编译：李嘉欣 审稿：阿淼 编辑：程建兰
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https://techxplore.com/news/2018-03-lithium-related-discovery-battery-life-safety.html
