固态电池短路机制破解：中国科学家引领产业变革

近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的研究员王春阳，携手国际科研团队，借助先进的原位透射电镜技术，在纳米尺度上首次揭示了固态电池发生突发短路的原因，并提出了有效的解决策略。这一突破性的研究成果，已于5月20日刊登在国际知名学术期刊《美国化学会会刊》(Journal of the American Chemical Society，简称 JACS)上，为固态电池领域的研究提供了新的思路和方向。

近期，凭借其高能量密度和卓越的安全性，全固态电池吸引了业界的广泛关注。然而，电池寿命较短和频繁出现的短路问题一直阻碍其商业化进程，导致其大规模生产进程缓慢。

在当前政策持续强化及行业企业积极布局的大环境下，固态电池的研究取得了具有划时代意义的进展，这将有助于加速产业链的完善，显著提升固态电池的商业化应用速度。

突破性发现：首次揭示固态电池短路成因

自固态电池问世以来，它就成为全球动力电池下半场竞争的焦点之一，业内上下都对其寄予厚望。然而这种革命性电池面临一个致命难题：固态电解质会突然短路失效。专家指出，尽管固态电池相较于液态电池结构更稳定，但如果内部出现短路可能导致大电流和高温，可能破坏电池结构，导致电极材料反应或电解质分解，影响性能，甚至导致失效。

在王春阳及国际团队的研究中，科研人员用原位透射电镜观察发现，这些内部缺陷诱导的锂金属析出和互连形成的电子通路直接导致了固态电池的短路，这一过程分为两个阶段：软短路和硬短路。

“锂离子在电场驱动下迁移时，这些缺陷处的电场畸变会导致局部电流密度激增，迫使锂金属以纳米级‘树根’形态沿缺陷生长，形成瞬间导电通路，即‘软短路’。随着软短路的高频发生和短路电流增加，固态电解质会逐步形成记忆性导电通道，最终引发不可逆的‘硬短路’。”某头部电池企业相关负责人王强(化名)在研究了王春阳团队的论文后，对记者解释了这一短路机理。

基于上述研究成果，该研究团队采用了一种兼具机械柔性和电子绝缘特性的三维聚合物网络，成功研发出一种兼具刚性和柔性的无机-有机复合固态电解质。该电解质有效遏制了固态电解质中锂金属的析出、聚集及其引发的短路故障。

更直观地解释，短路现象的产生主要有两个因素：一方面是固态电池所使用的材料特性，另一方面则是电池内部电流分布的不均匀性。王强进一步阐述道：“为了有效应对这一问题，我们的策略是采用有机与无机材料的复合，以此来填充电池中可能存在的微隙，从而显著减少或彻底消除这些结构上的不足，有效预防所谓的‘软短路’事件的发生。”

报道指出，这项研究揭示了固态电解质在软短路与硬短路之间的转变机理，并探讨了其与锂析出动力学之间的内在联系，从而为理解固态电解质在纳米尺度上的失效机制提供了全新的见解，并为新型固态电池的设计和开发奠定了新的理论基础。