释放“应力”或可解决高容量锂电池安全难题

随着可穿戴设备、电动汽车产业等的迅速发展，对电池的“高容量”标准，也在不断提高。以锂金属为负极的锂电池，有着比传统锂离子电池高10倍的容量潜力，但却存在着潜在的安全隐患。

28日，从湖南大学获悉，美国亚利桑那州立大学姜汉卿团队、莱斯大学唐铭团队，与该校段辉高团队一项关于“锂枝晶”问题的研究成果，有望助力解决这类“高能”锂电池的安全“烦恼”。这一成果，于近日发表于国际顶级能源期刊《自然·能源》上。

石墨作为传统锂离子电池的负极材料，存储容量为380mAh／g。但，这远低于锂金属的理论比容量3860mAh／g。因此，锂金属是高容量电池更为理想的负极材料。不过，早期以锂金属为负极的电池，会在充放电过程中产生树枝状金属锂，即“锂枝晶”问题。这或可导致电池内部短路甚至爆炸，是潜在安全隐患。

为解决锂枝晶生长问题，学界提出了各种解决方案。包括，在电解液中添加有机添加剂，或使用固态电解质等，抑制枝晶产生。近日，该论文研究团队关于锂枝晶问题的发现，有望助力从全新角度来“瓦解”锂枝晶生成。

姜汉卿介绍，他们发现，在金属沉积过程中，压应力普遍存在。团队在制备出的软基衬底上，沉积铜膜作为集流体，将电极组装成电池在显微镜下进行充电。观察发现，充电一段时间后，铜膜上会骤然出现一维褶皱结构，通过铜膜失稳皱褶，软性衬底上的应力被大大释放。从而证实了电极表面的压应力，确能驱动锂枝晶生长。同时，他们通过对在铜箔上和软基集流体沉积锂金属，研究沉积锂形貌，证明了应力释放能有效防止枝晶生成。

据悉，团队还研究了更有效利用软基底能释放应力的方式。他们以方糖为模板，获得了三维多孔软基衬底。经测试发现，相对商业化铜箔及三维泡沫铜，其具更佳电化学性能。