马里兰大学研究锂电池如何失效的研究人员开发出一种新技术，可使下一代电动汽车（EV）和其他设备在增加储能的同时不易发生电池起火。
周三发表在《自然》（Nature）杂志上的一篇论文介绍了这种创新方法，它可以抑制锂枝状结构的生长--这种结构会在所谓的全固态锂电池内部形成破坏性的枝状结构，从而阻碍公司将这种前景广阔的技术广泛商业化。但是，由化学与生物分子工程系教授王春生领导的这项电池 "中间层 "新设计阻止了枝晶的形成，为生产可行的电动汽车全固态电池打开了大门。
美国至少有 75 万辆注册电动汽车使用锂离子电池。锂离子电池因其高能量存储而广受欢迎，但其中含有易燃的液态电解质成分，过热时会燃烧。虽然没有政府机构按汽车类型跟踪汽车火灾，而且电动汽车电池火灾似乎相对罕见，但它们却带来了特殊风险；美国国家运输安全委员会报告称，急救人员很容易遭受安全风险，包括电击和接触损坏或燃烧的电池所产生的有毒气体。
全固态电池可以使汽车比目前的电动汽车或内燃机汽车更安全，但要想绕过这些弊端却很难，Wang 说。当这些电池以电动汽车所需的高容量和充放电率运行时，锂枝晶会向阴极一侧生长，造成短路和容量衰减。
研究人员说，他和博士后万红丽于2021年开始建立锂枝晶生长的形成理论；目前这仍是一个科学争论的问题。
"他说："在我们弄清了这一部分之后，我们提出了重新设计夹层的想法，这将有效抑制锂枝晶的生长。
他们的解决方案之所以独特，是因为稳定了固体电解质与阳极（电子从电路进入电池）和电解质与阴极（能量流出电池）之间的电池界面。新的电池结构增加了一个富含氟的中间层，可以稳定阴极一侧，并用镁和铋修饰阳极中间层，抑制锂枝晶。
"固态电池是下一代电池，因为它们可以实现高能量和高安全性。在目前的电池中，如果实现了高能量，就会牺牲安全性，"Wang 说。
在产品进入市场之前，研究人员还需要解决其他挑战。要实现全固态电池的商业化，专家们必须缩小固态电解质层的规模，使其厚度与锂离子电池的电解质相似，这将提高能量密度--即电池可存储的电量。研究小组表示，基础材料的高成本是另一个挑战。
先进电池制造商 Solid Power 计划在 2026 年之前向市场投放新型电池，并开始对新技术进行试验，以评估其商业化潜力。研究人员说，继续研究的目的是进一步提高能量密度。
参考文献： Hongli Wan et al, Interface design for all-solid-state lithium batteries, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06653-w
