锂电池中有害树突和晶须的原因未被覆盖[视频]

PNNL科学家崇明王，吴旭和杨肝用专门改进的环保透射电子显微镜，他们用于捕获锂电池内生长晶须的图像和视频。

科学家们已经揭开了被称为树枝状结构和晶须的针状结构的生长的根本原因 - 困扰锂电池，有时会导致短路，故障甚至火灾。

该团队由Chongmin Wang领导的能源太平洋西北国家实验室，已经表明，电解质中存在某些化合物 - 液体材料，使电池关键化学的液体材料可以提示树突和晶须的生长。团队希望发现会导致新的方法来防止他们通过操纵电池的成分来实现增长。结果在线发表于2019年10月14日，Inthinal纳米技术。

PNNL的研究人员已经捕获了Video纳米化锂金属电池内称为晶须的有害结构的生长。锂离子开始丛聚在一起，形成颗粒;该结构随着越来越多的锂原子般的魅力而缓慢地生长，同样地增长，即石笋从洞穴的地板上生长。然后，突然，晶须拍摄。

视频由他提供。 Al。，自然纳米技术

树突是微小的，刚性的树状结构，可以在锂电池内生长;他们的针状投影称为晶须。两者都造成巨大伤害;值得注意的是，它们可以刺穿称为电池内的分离器的结构，就像杂草可以通过混凝土庭院或铺砌的道路戳。它们还增加了电解质和锂之间的不必要的反应，加速了电池衰竭。树突和晶须正在阻止锂金属电池的广泛使用，其具有比其常用锂离子对应物更高的能量密度。

PNNL团队发现，锂金属电池中的晶须的起源位于称为“SEI”或固体电解质相互相互相互作用的结构中，阳极的固体锂表面符合液体电解质的薄膜。此外，科学家在生长过程中定位了一种罪魁祸首：碳酸亚乙酯，加入电解质中的不可缺少的溶剂，以增强电池性能。

事实证明，碳酸亚乙酯留下了易受损伤的电池。

在锂电池内捕捉快速移动动作

该团队的调查结果包括视频，显示专门为该研究专门设计的纳米锂金属电池内的晶须的逐步增长。

当锂离子开始堆积或“核心”的阳极表面上的“核心”开始，形成颗粒，形成表示树突的诞生的粒子。该结构随着越来越多的锂原子般的魅力而缓慢地生长，同样地增长，即石笋从洞穴的地板上生长。该团队发现，SEI表面上的能量动力学将更多锂离子推入缓慢生长柱中。然后，突然，晶须拍摄。

团队捕捉行动并不容易。为此，科学家集成了原子力显微镜（AFM）和环境传动电子显微镜（ETEM），这是一种高度奖励的仪器，使科学家能够在真实条件下研究操作电池。

研究人员杨他将样品添加到环保透射电子显微镜中。

该团队使用AFM来测量晶须的微小力量。像医生一样，通过要求患者向医生的伸出手向上推动患者的手势，通过用AFM的悬臂向下推动并测量枝晶的尖端来测量生长晶须的力量在其增长期间发挥作用。

电解质的配方

该团队发现碳酸亚乙酯水平与树突和晶须生长直接相关。该团队放入电解质中的较多的材料，晶须越多。科学家试验电解质混合物，努力改变成分以减少树突。一些变化，例如加入环己酮，防止了树突和晶须的生长。

“我们不想只是抑制树突的增长;我们想达到根本原因并消除它们，“王先生的作者与吴旭一起说道。“我们汲取了我们在电化学专业知识的同事的专业知识。我的希望是，我们的调查结果将促使社区以新的方式来看待这个问题。显然，需要更多的研究。“

了解晶须开始和增长的原因会导致消除它们或至少控制它们以最大限度地减少损害的新想法，而第一个作者杨他。他和团队跟踪了晶须如何应对障碍物，屈曲，屈服，扭结或停止。更大的理解可以帮助清除电动汽车，笔记本电脑，手机等领域广泛使用锂金属电池的路径。

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本文的作者来自PNNL和EMSL，包括王，徐和他，以及Xiaodi Ren，Yaobin Xu，Mark Engelard，小林李，杰晓，君刘和吉广（杰森）张。该工作由Doe的能源效率和可再生能源汽车技术办公室提供资金。由于EMSL，环境分子科学实验室，位于PNNL的科学用户设施的DOE办事处，因此可以通过EMSL的独特组合来实现这一工作。

参考：“锂晶须形成的起源和压力下的增长”由杨鹤，萧迪仁，姚博旭，马克赫·尼·恩格莱尔，小林李，杰晓，刘刘，吉光张，吴旭和崇明王，2019年10月14日， Nature Nanotechnology.doi：
10.1038 / s41565-019-0558-z

关于pnnl.

西北太平洋国家实验室利用化学，地球科学和数据分析方面的签名功能来推进科学发现，并为该国在能源弹性和国家安全方面面临的最严峻挑战提供解决方案。PNNL成立于1965年，由巴特尔（Battelle）为美国能源部科学办公室运营。美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者，并且致力于解决当今时代最紧迫的挑战。