近日，由中科院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心研究员王春阳领衔的国际合作团队在固态电池研究方面取得重要进展。该团队借助原位透射电镜技术，在纳米尺度上首次揭示了无机固态电解质中软短路向硬短路转变的过程及其背后的锂析出动力学机制。相关成果已于5月20日发表于国际知名期刊美国化学会会刊。
当前广泛应用的液态锂电池存在一定的安全风险，特别是在高温或过充条件下容易引发热失控。因此，科研界正致力于开发更加稳定的全固态电池，采用固态电解质代替液态电解液，并有望搭配能量密度更高的锂金属负极，从而实现更高性能的储能系统。
然而，全固态电池面临一个关键挑战：固态电解质可能因内部缺陷而发生短路失效。通过高精度的原位电镜观察，研究人员发现，固态电解质中的晶界、孔洞等结构缺陷会诱导锂金属在其内部析出并相互连接，形成电子导通路径，最终导致短路。这一过程可划分为两个阶段：初期的软短路和后续的硬短路。
软短路是由于纳米级锂金属在缺陷区域析出并短暂连接形成导电通路，这种析出行为类似于树根沿着特定路径生长。当软短路频繁出现并伴随电流上升时，固态电解质内部逐渐形成稳定导电通道，如同被反复激活的记忆开关，最终失去绝缘性能，进入不可逆的硬短路阶段。
在此过程中，微米尺度的裂纹成为锂金属渗透的通道，纳米级的锂金属像水银一样渗入材料结构，造成局部脆裂并逐步扩展，使电池由暂时性漏电发展为永久性失效。研究表明，这种短路机制普遍存在于包括NASICON型和石榴石型在内的多种无机固态电解质中。
基于上述发现，研究团队设计了一种由三维电子绝缘且具备机械弹性的聚合物网络构成的复合结构，成功抑制了锂金属在固态电解质中的析出与互联现象，大幅提升了其电化学稳定性。
这项研究深入解析了软短路与硬短路之间的演变规律以及其与锂沉积行为的关系，为理解固态电解质在微观尺度上的失效机理提供了全新视角，也为下一代高性能固态电解质的设计与开发奠定了坚实的理论基础。
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