9月12日消息,德国于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)、亚琛工业大学与美国斯坦福大学的研究团队在期刊eScience发表综述论文(DOI: 10.1016/j.esci.2026.100589),系统整合了固态电解质/锂金属负极界面枝晶形成机制的现有认识,覆盖无机、聚合物和混合固态电解质。

综述的核心判断是:枝晶形成很少源于单一失效模式,而是多个相互关联的退化过程的级联。在原子层面,无机固态电解质中的锂离子输运依赖晶格中的离子跳跃,晶界常成为瓶颈——晶界处的离子电导率可能比体材低三个数量级;而这些富集杂质的晶界恰是锂丝优先成核位点。

研究团队识别出锂自扩散为关键因素:锂金属负极内锂原子的自扩散系数约10^-11 cm²/s,在低堆叠压力下剥离过程中锂原子无法及时补充界面,导致空穴形成;空穴随后使局部电流密度集中,加速后续循环中的枝晶生长。即使采用坚硬的陶瓷电解质,锂仍会经由晶界穿透——这解释了全固态电池在高倍率下的短路顽疾。

聚合物电解质虽然更柔韧,但离子电导率比无机体系低几个数量级;界面处的空穴、晶界、裂纹与化学不稳定性构成共性挑战。

应用意义上,该综述为工程界提供了参数-机制对应关系:堆叠压力、界面接触状态、晶界纯度和锂自扩散能力共同决定枝晶触发阈值,全固态电池的产业化设计(电解质厚度、工作压力、倍率窗口)需要在这些参数间寻找平衡。对电池材料与装备企业,晶界工程(杂质控制、界面包覆)与外部压力管理是可落地的两个技术抓手。 (来源:AZoM)