新的纳米级研究可能有助于使锂电池更强大、寿命更长

研究人员一直试图长时间制作可靠的锂金属电池。与其多产的锂离子当量相比，这种高性能储存单元含有50％的能量。

然而，它们存在更高的故障率和安全问题，如爆炸和火灾，从而使商业化措施失效。

尽管科学家们已经推测出了这些设备失效的原因，但直接证据相对较少。

曾在完整的锂金属硬币电池（也称为观察电池或按钮单元）内占据的第一纳米级图像挑战现有理论，并可能够在未来制造高性能电池，例如制造电动车辆，更安全，更持久，更强壮。

我们正在学习，我们应该使用调整为锂金属的分离器材料亚博网站下载.

凯蒂·哈里森，桑迪亚国家实验室电池科学家

哈里森指导桑迪亚团队提高锂金属电池的性能。

这些图像最近被桑迪亚研究人员报道，与TeMiFisher科学公司、俄勒冈大学和劳伦斯伯克利国家实验室合作。ACS能量字母杂志这项研究得到了桑迪亚实验室指导的研发计划和能源部的资助。

内部副产物积聚，杀死电池

通过电动车辆需要相同的高强度电流的研究人员重复充电并排出锂币细胞。某些细胞接受了几个循环，而其他细胞经历过百周期。然后调度细胞用于分析Hillsboro，俄勒冈州Hillsboro的Thermo Fisher Scientific。

预计审查电池内侧的图像以显示覆盖电池的锂的针状沉积物。大多数电池研究人员认为，在重复循环之后发生锂峰值，并且通过阳极和阴极之间的塑料分离器撞击，从而开发出导致短的桥。

然而，锂是一种软金属，因此，研究人员还不清楚它是如何通过分离器的。

哈里森的团队确定了一个令人惊讶的第二次罪魁祸首。一种坚韧的堆积，作为电池内部化学反应的副产品。每当电池充电时，副产品，称为固体电解质间相互作用，累积。

它盖住了锂和在隔膜中形成的孔，为金属沉积物开口，以缩短和最终延长。与以前认为的内容相比，锂沉积物和副产品比以前的想法相比更加有害，这更像是雪辐，更不像针。

分离器完全粉碎了.

凯蒂·哈里森，桑迪亚国家实验室电池科学家

哈里森补充道，这种机制只在电动汽车技术所需的快速充电率下被注意到，而在较慢的充电率下则没有。

桑迪亚的研究人员有一个改变分离器材料的计划，因此，哈里森表示，还需要进行额外的研究，以减少副产品的开发。亚博网站下载

科学家将激光与低温技术结合起来拍摄“酷”图像

发现硬币电池死亡背后的原因很难，问题出现在其不锈钢外壳中。金属壳限制了X射线等诊断，例如X射线可以从外部观看，同时消除用于分析的电池的部分，分析裂开电池的层，并突破内部可能存在的任何证据。

我们有不同的工具可以研究电池的不同组件，但实际上我们还没有一个工具可以在一张图像中解决所有问题.

Katie Jungjohann，桑迪亚国家实验室集成纳米技术中心纳米级成像科学家

该中心是桑迪亚和洛斯阿拉莫斯国家实验室合作运营的用户设施。

Jungjohann和她的同事们使用一种由激光组成的显微镜来碾磨电池外壳。该显微镜与一个样品架连接，该样品架将电池的液体电解质固定在两个温度之间−148°F和−184华氏度（或−100°C和−分别为120°C）。

激光器提供了一个足够的开口，使窄电子束能够穿透并反弹到探测器上，从而提供了电池内部横截面的高分辨率图像，以及区分各种材料的所有可用细节。亚博网站下载

实际的演示仪器是当时美国唯一的这类工具，它已经开发出来，目前仍在俄勒冈州的Thermo Fisher科学实验室可用。目前，Sandia提供了更新的副本。该工具将在整个Sandia广泛使用，以帮助解决几个材料和故障分析问题。亚博网站下载

约翰总结道这是电池研究人员一直想看到的。“

期刊参考：

Jungjohann，K. L.，等. (2021）低温激光烧蚀揭示了锂金属电池的短路机制。ACS能量字母.doi.org/10.1021/acsenergylett.1C00509..

来源：https://www.sandia.gov/