锂电颠覆性研究成果：美国科学家找到了性能下降的根本原因

几十年来，科学家们一直认为，可充电电池电极上不可避免的薄膜堆积是导致性能下降的原因。但近期美国的一项最新研究发现，性能下降的背后实际上另有原因。来自美国能源部太平洋西北国家实验室（PNNL）的一个研究小组发现，电池电极上苔藓状或树形结构的锂金属沉积物的积累并不是性能下降的根本原因，而是一种副作用。

他们的最新发现已于近期发表在了《自然能源》杂志上。

他们的研究结果表明，所谓的固体电解质界面（SEI）并不是以前认为的电子绝缘体，而是表现得像半导体。SEI的作用就像一个守护者，允许锂离子自由进出阳极。一直以来，科学家们都专注于研究这种SEI层，尽管它比一张纸还薄，但它在电池性能中起着巨大的作用。

当电池还是新电池时，SEI在第一次充电周期形成，理想情况下在电池的预期寿命内保持稳定。但是观察老化的可充电电池的内部，通常会发现负极上有大量固体锂的堆积。电池研究人员认为，这种累积会导致性能下降。但此前无法通过测量来检验因果关系。

在最新研究中，他们通过开发一种新技术直接测量了实验系统中SEI的导电性，解决了这个问题。该团队将透射电子显微镜与显微镜内微制造金属针的纳米级操作结合起来。然后，研究人员用四种不同类型的电解质测量了在铜或锂金属上形成的SEI层的电学性能。

如此一来，他们就解决了长期以来的谜团，即SEI在电池运行过程中是如何发挥作用的。该小组的测量显示，随着电池电压的增加，SEI层在所有情况下都会泄漏电子，使其成为半导电的。此外，SEI层的含碳有机成分容易泄漏电子，并缩短电池寿命。

PNNL实验室研究员和电池技术专家，共同领导这项研究的ChongminWang说，“更高的导电率会导致更厚的SEI和复杂的固体锂形式，最终导致较差的电池性能。”

至此，研究人员得出结论，尽量减少SEI中的有机成分将使电池具有更长的使用寿命。

“即使是通过SEI传导速率的微小变化，也会导致效率和电池循环稳定性的巨大差异。”Wang补充说。