隨著可穿戴設(shè)備、電動汽車產(chǎn)業(yè)等的迅速發(fā)展，對電池的“高容量”標(biāo)準(zhǔn)，也在不斷提高。以鋰金屬為負(fù)極的鋰電池，有著比傳統(tǒng)鋰離子電池高10倍的容量潛力，但卻存在著潛在的安全隱患。

28日，從湖南大學(xué)獲悉，美國亞利桑那州立大學(xué)姜漢卿團(tuán)隊、萊斯大學(xué)唐銘團(tuán)隊，與該校段輝高團(tuán)隊一項關(guān)于“鋰枝晶”問題的研究成果，有望助力解決這類“高能”鋰電池的安全“煩惱”。這一成果，于近日發(fā)表于國際頂級能源期刊《自然·能源》上。

石墨作為傳統(tǒng)鋰離子電池的負(fù)極材料，存儲容量為380mAh／g。但，這遠(yuǎn)低于鋰金屬的理論比容量3860mAh／g。因此，鋰金屬是高容量電池更為理想的負(fù)極材料。不過，早期以鋰金屬為負(fù)極的電池，會在充放電過程中產(chǎn)生樹枝狀金屬鋰，即“鋰枝晶”問題。這或可導(dǎo)致電池內(nèi)部短路甚至爆炸，是潛在安全隱患。

為解決鋰枝晶生長問題，學(xué)界提出了各種解決方案。包括，在電解液中添加有機(jī)添加劑，或使用固態(tài)電解質(zhì)等，抑制枝晶產(chǎn)生。近日，該論文研究團(tuán)隊關(guān)于鋰枝晶問題的發(fā)現(xiàn)，有望助力從全新角度來“瓦解”鋰枝晶生成。

姜漢卿介紹，他們發(fā)現(xiàn)，在金屬沉積過程中，壓應(yīng)力普遍存在。團(tuán)隊在制備出的軟基襯底上，沉積銅膜作為集流體，將電極組裝成電池在顯微鏡下進(jìn)行充電。觀察發(fā)現(xiàn)，充電一段時間后，銅膜上會驟然出現(xiàn)一維褶皺結(jié)構(gòu)，通過銅膜失穩(wěn)皺褶，軟性襯底上的應(yīng)力被大大釋放。從而證實了電極表面的壓應(yīng)力，確能驅(qū)動鋰枝晶生長。同時，他們通過對在銅箔上和軟基集流體沉積鋰金屬，研究沉積鋰形貌，證明了應(yīng)力釋放能有效防止枝晶生成。

據(jù)悉，團(tuán)隊還研究了更有效利用軟基底能釋放應(yīng)力的方式。他們以方糖為模板，獲得了三維多孔軟基襯底。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，相對商業(yè)化銅箔及三維泡沫銅，其具更佳電化學(xué)性能。