研究揭示了中国科学院金属研究所的固态电解质纳米尺度失效机制

全固态锂电池通过用固态电解质代替易燃的有机电解液，适应高容量锂金属的负极，有望在极低温、高温等极端环境下实现远远超过传统液态锂离子电池的可靠性和能量密度的应用。然而，固态电解质本身的锂离子传输稳定性和锂析引起的短路问题(锂离子在电解质中被电子恢复)仍然是制约整个固态电池发展的关键瓶颈之一。截至目前，受光学显微镜、扫描电镜、同步辐射X显像等技术的限制，固态电解质短路无效。

近日，中国科学院金属研究所研究员王春阳和加州大学尔湾分校教授忻获麟、麻省理工学院教授李巨在全固态电池故障机制研究方面取得了进展。研究小组利用原点透射镜技术，在纳米尺度上揭示了无机固态电解质中的软短路-硬短路转换机制及其背后的锂电池动力学。

原点电镜观察显示，固体电解质内部缺陷(如晶体边界、孔洞等)诱导的锂金属沉淀和互连形成的电子通道直接导致固体电池短路。这个过程分为两个阶段:软短路和硬短路。软短路(其本质是动态可逆的非法拉第电子穿透)源于锂金属在纳米尺度上的沉淀和瞬间连接。随后，随着软短路的高频发生和短路容量的增加，固体电解质逐渐从名义上的电子绝缘物转变为类忆阻器的非线性电子导体状态，导致固体电池出现硬短路。在这个过程中，由缺陷引导致的纳米尺度

基于上述发现，研究团队开发了无机/有机复合固态电解质，利用3D电子绝缘和机械弹性高聚物网络，有效抑制了固态电解质中锂金属的沉淀、连接和诱发的短路故障，显著提高了其电化学稳定性。

该研究为固态电解质的纳米尺度失效机制提供了全新的认识，为新型固态电解质的研发提供了理论依据，通过澄清固态电解质的软短路-硬短路转换机制及其与析锂动力学的内在联系。

Nanoscale相关研究成果 Origin of the Soft-to-Hard Short-Circuit Transition in Inorganic Solid-State 《美国化学会会刊》发表了Electrolytes问题(JACS)上。