非晶态锂的发现可能会导致新的高性能电池

时间：2021-12-26 10:16:50 来源：

新的研究描述了电池充电过程中沉积在电极（黄色）上的纳米结构锂原子（蓝色）的演变。

金属变得越无定形，则其在电池中的电化学性能越好。但是，电池行业的代名词锂主要以晶体形式出现-导致其在锂离子电池中的行为存在许多问题。

非晶态金属的生产特别具有挑战性。但是，一组电池材料研究人员最近发现了一种在电池中制造非晶态金属（包括锂）的方法-或多或少是偶然的。爱达荷州国家实验室和圣地亚哥大学的研究小组对锂离子电池充电的前几个时刻在原子级发生了什么进行了研究。

研究人员在最近发表在《自然材料》上的“用于高性能可充电锂电池的玻璃锂金属阳极”中讨论了锂的电化学可逆性。这种可逆性决定了锂的形态及其电性能。因此，更好地了解此过程可以导致开发更高性能的电池。

沉积缓慢

循环使用电池时，其锂离子会沉积在阳极上。该过程的第一阶段称为成核，其中第一批金属离子形成一个起点，其余的结晶金属晶粒从该起点开始生长。利用低温透射电子显微镜，该团队首次实现了锂金属在阳极上的初始沉积的可视化。当锂以晶体形式沉积时，主要成核作用决定了剩余锂在其周围生长的方式。研究人员将这一过程称为“锂胚生长”。

“取决于初始成核过程中的原子相互作用（例如，原子的堆积密度，质量转移和能量转移），锂核的纳米结构可以从无序到有序变化，最终形成最终的微结构并影响性能”，根据《自然材料》的文章。

当锂变得太结晶时，它的充电不一致，然后导致枝晶形成-不规则形状晶体的生长。这些树突会大大缩短电池寿命。

“这项工作展示了低温成像发现材料科学新现象的能力，”领导加州大学圣地亚哥分校的开创性低温显微镜工作的雪莉·孟（Shirley Meng）说。“真正的团队合作使我们能够自信地解释实验数据，因为计算模型有助于破译复杂性。”

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