某科學(xué)團(tuán)隊開發(fā)出一種新型鋰金屬電池，可以至少充電和放電6000次，這比其他任何固態(tài)電池都要多，并且可以在幾分鐘內(nèi)完成充電。這一種用鋰金屬陽極制造固態(tài)電池的新方法，為研制潛在的革命性電池材料提供了新思路。

“鋰金屬陽極電池被認(rèn)為是電池中的‘圣杯’，因為其容量是商用石墨陽極的10倍，可以大大增加電動汽車的行駛距離。”某業(yè)內(nèi)人士說道，“這項成果是朝著更實(shí)用的工業(yè)和商業(yè)固態(tài)電池邁出的重要一步?！?/span>

該研究的最大挑戰(zhàn)是在電池陽極表面形成的枝晶。這些結(jié)構(gòu)像根一樣生長在電解質(zhì)中，刺穿分隔陽極和陰極的屏障，導(dǎo)致電池短路甚至起火。2021年，某團(tuán)隊通過設(shè)計一種多層電池，在陽極和陰極之間夾入穩(wěn)定性不同的材料，提供了一種處理枝晶的方法。這種多層、多材料的設(shè)計并非完全阻斷鋰枝晶的生長，而是通過控制和容納來防止刺穿。在新研究中，研究團(tuán)隊通過在陽極中使用微米大小的硅顆粒來限制鋰化反應(yīng)，并促進(jìn)鋰金屬層的均勻鍍覆，從而阻止枝晶的形成。

在這種設(shè)計中，當(dāng)鋰離子在充電過程中從陰極移動到陽極時，鋰化反應(yīng)在淺表面受到限制，使離子附著在硅顆粒的表面，但不會進(jìn)一步滲透。這與液態(tài)鋰離子電池的化學(xué)性質(zhì)明顯不同。在液態(tài)鋰離子電池中，鋰離子通過深度鋰化反應(yīng)滲透最終破壞陽極中的硅顆粒。

然而在固態(tài)電池中，硅表面的離子被束縛，并經(jīng)歷鋰化的動態(tài)過程，最終在硅芯周圍形成鋰金屬鍍層。該設(shè)計人士說：“在我們的設(shè)計中，鋰金屬包裹在硅顆粒周圍，就像松露巧克力中榛仁周圍堅硬的巧克力外殼。”正是這些顆粒形成了一個均勻的表面，使電流密度得以均勻分布，防止枝晶的生長。而且，由于電鍍和剝離可以在均勻的表面快速發(fā)生，這種鋰電池只需10分鐘即可完成充電。

研究人員制造了一種郵票大小的固態(tài)電池，在6000次循環(huán)后仍能保留80%的容量，優(yōu)于當(dāng)今市場上的其他固態(tài)電池。

據(jù)悉，該團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)了數(shù)十種可能產(chǎn)生類似性能的其他材料?！鞍ㄣy在內(nèi)的其他材料可能是固態(tài)電池陽極的良好材料?！睒I(yè)內(nèi)人士表示。