美国利用X射线断层摄影术观察固态锂电池内部

据外媒报道，美国佐治亚理工学院（GeorgiaInstituteofTechnology）的一个研究小组利用X射线断层摄影术观察到固态锂电池在充放电过程中，其材料的内部演变过程。该项研究获得的详细三维信息可帮助改进固态电池的可靠性和性能，此种电池采用了固态材料取代了现有锂电池中的易燃液体电解质。

固态电池在佐治亚理工学院设计的定制硬件中充放电

（：佐治亚理工学院）

该种现场原位同步X射线计算微断层摄影术成像揭示了锂/固体电解质界面上电极材料的动态变化如何决定固态电池的行为。研究人员发现，电池运行会导致该界面上形成空洞，从而无法制造接触，这也是电池电芯失效的重要原因。

现在，移动电子设备、电动汽车等都在广泛采用锂电池，此种电池依赖液体电解质，在电池的充放电循环过程中，在电极之间来回运输离子。此种液体均匀地覆盖在电极上，可以让离子自由移动。

快速发展的固态电池技术则采用了固态电解质，此种电解质能够提升未来电池的能量密度和安全性。但是，从电极上去除锂会在界面上造成空洞，从而影响电池的可靠性，限制了电池的使用寿命。

研究人员表示："为了解决这个问题，可以想象成通过不同的沉积工艺打造结构化界面，以在电池充放电过程中保持接触。仔细控制和打造此类界面结构有关研发未来固态电池非常重要，我们的研究成果也有助于设计此种界面。"

用x射线断层扫描重建的电池内锂/固体电解质界面的3D视图

（：佐治亚理工学院）

佐治亚理工学院研究小组在论文第一作者兼研究生JackLewis的带领下，打造了宽约为两厘米的特制测试电芯，然后在芝加哥附近美国能源部办公室阿贡国家实验室（ArgonneNationalLaboratory）的同步设施——先进光子源（AdvancedPhotonSource）进行研究。该小组的四名成员在为期5天的密集实验中研究了电池结构的变化。

研究人员表示："该仪器会从不同方向拍摄照片，然后可以利用计算机算法重建，供应电池随着时间推移所呈现的3D图片。我们在电池充放电过程中，对电池变化进行成像，以将电池运行时其内部的变化实现可视化。"

由于锂很轻，用X射线将其成像非常具有挑战性，而且要特殊设计的测试电芯。阿贡国家实验室采用的技术和医学计算机断层摄像（CT）扫描非常相似，只是不是对人成像，而是对电池成像。

不过，由于测试具有局限性，研究人员只能观察到电池单次充放电循环中的结构变化。在未来的研究中，研究人员希望能够在多次循环中观察到变化，以及观察到该结构是否适应了空洞的形成以及填充了空洞。研究人员认为，该研究成果可能适用于其他电解质设计配方，而此种表征技术能够用于获取其他电池工艺的信息。

电动汽车的电池必须在预计15万英里的寿命内承受至少1000次充放电循环，而由锂金属电极制成的固态电池在特定尺寸下能够供应更多的能量。但是，除非固态电池的使用寿命和现有电池相当，否则其优势仍然无法超越现有的电池技术。

研究人员表示："我们对固态电池的技术发展前景感到非常兴奋，在该领域可以实现巨大的商业和科学利益，而且该项研究获取的信息可以推动该技术实现更广泛的商业应用。"