锂电池充电速度和能量密度不断提高带来了一系列的安全问题，如自发热引起爆炸。电池通常是在非均匀的温度环境下运行，因此探究局部温度对电池性能的影响对控制自发热保障电池安全运行意义重大。美国斯坦福大学Yi Cui教授课题组利用激光在电池内部产生局部高温，随后利用微拉曼光谱对温度进行了追踪表征，研究揭示了局部温度对电池性能影响，对于提高锂金属电池以及现有锂离子电池的安全性起到至关重要的作用。
研究人员首先制备了以锂（Li）金属为负极、以石墨为正极（铜[Cu]为集电极）制备了纽扣电池，并在电池表面留下了一个1 cm2的透明窗口用于激光照射以产生局部的温度热点。然而传统的温度监测技术很难实现对电极材料纳米微观尺度的高空间分辨率的表征，为此研究人员特别设计了基于微拉曼光谱温度监测平台，以实现对电池微观温度变化高空间分辨率的表征。研究人员采用532 nm的激光通过透明窗口来照射Cu集电极，利用拉曼光谱精确反馈电池中Cu局部温度随激光功率变化规律。研究结果显示，Cu集电极温度随着激光功率增加（6.7 mW增长到16.8 mW）呈正相关的增长（局部热点温度从51℃增加到了99℃）；进一步采用扫描电镜测试了Li电极中Li枝晶的生长情况，发现局部热点极大地提升了Li的沉积速率，相比周边没有激光照射处的Li沉积速率增加了几个数量级，加速锂枝晶生长，而根本原因在于反应动力学随温度呈指数增长的特性导致了锂离子或锂金属电池的电化学性能对温度波动的敏感性。为此作者推测电池内部局部过热会引起电池短路失效。为了验证这一猜想，研究人员特意搭建了纳米级的局部温度传感控制系统将其置于电池内部并进行局部过热试验。在30 μA的恒电流下进行放电测试，同时用13.4 mW的激光进行照射，观察局部温度热点处电流随时间变化，同时结合光学成像观测电极Li枝晶生长情况，实验结果显示随着时间推移Li枝晶不生长，但测试进行到了1480秒时，Li枝晶触及对电极形成短路，此时电流出现下降，且随着时间进一步推进不断减小，此时通过温度传感器采集的温度信号显示温度也在增加，即局部高温可以加快Li沉积速率，促使电池短路发生，进而造成局部温度进一步提高的连锁反应。
该项研究利用微拉曼光谱为温度传感平台，研究了锂电池内部局部过热对电池性能的影响，揭示了锂枝晶生长与局部温度升高之间的相互作用关系，进一步深刻理解了局部温度过热诱导的电池故障机理，为开发更安全的电池热管理方案积累关键理论知识。相关研究成果发表在《Nature communications》 。
