電池儲能系統(tǒng)的發(fā)展對實現(xiàn)可再生能源的開發(fā)和高效利用起到至關重要的作用。盡管鋰離子電池儲能技術在近幾年已經(jīng)取得了很多重要的研究進展，但是充電速度和能量密度的不斷增高也帶來了一些重大的安全問題，例如自發(fā)熱已經(jīng)成為一個不可忽視的安全隱患。雖然之前已有報道對均勻溫度狀態(tài)下溫度對鋰生長形態(tài)、循環(huán)性和老化率的影響進行了詳細的研究；但在實際應用中，電池通常在不均勻的溫度狀態(tài)下工作，常常會出現(xiàn)由內(nèi)部、外部熱源或制造過程產(chǎn)生的不均勻性和缺陷造成的局部過熱情況。

鋰（Li）金屬作為一種極具吸引力的負極，在近年來得到了廣泛的研究。充分了解影響鋰電池中鋰金屬生長的各種因素，對于提高鋰金屬電池以及現(xiàn)有鋰離子電池的安全性起到至關重要的作用。

【成果簡介】

近日，美國斯坦福大學崔屹教授研究了局部過熱對電池中鋰金屬生長的影響，并據(jù)此提出了一種可能的溫度誘導電池短路機制。利用激光在鋰電池內(nèi)部產(chǎn)生局域高溫，并基于微拉曼光譜學平臺進行測量。由于表面交換電流密度的增加，鋰沉積速率在過熱區(qū)域上加快了幾個數(shù)量級。作者進一步基于這些表征證明局部高溫可能是導致電池短路的重要原因之一。此外，溫度測量平臺為詳細描述儲能設備的熱特性打開了新的大門。該文章發(fā)表在國際頂級期刊Naturecommunications上。YangyingZhu和JinXie為本文共同第一作者。

局部過熱誘導的電池短路：

電池內(nèi)部短路會導致局部過熱和局部鋰的快速生長。基于此，作者提出：內(nèi)部局部過熱可能會導致電池短路的發(fā)生。并且，作者在電池內(nèi)部搭建了局部溫度傳感控制系統(tǒng)并進行局部過熱試驗證實了這個猜想。

【總結】

作者以微拉曼光譜為溫度傳感平臺，研究了鋰電池內(nèi)部局部過熱對電池性能的影響。由于表面交換電流密度的增加，鋰的沉積速率在過熱區(qū)域上加快了幾個數(shù)量級。作者進一步基于電壓電流測量，光學可視化和溫度響應測試證明電池短路可以觸發(fā)一個不均勻的局部高溫點。本文重點研究了鋰電池內(nèi)部的溫度敏感現(xiàn)象，揭示了鋰枝晶生長的正反饋性質(zhì);較高的局部溫度可以加快鋰沉積速率，這可以進一步使電池短路，造成局部溫度進一步提高的連鎖反應。鋰枝晶生長與局部溫度升高之間的雙向關系不僅為理解電池內(nèi)部的電化學動力學奠定了基礎，也為電池的設計提供指導。一般情況下，電池溫度升高還會引發(fā)電解質(zhì)與活性物質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)間相的放熱反應（SEI），進一步加劇溫度的升高。