NatureEnergy之后，能源大牛再發NatureMaterials！

　　背景介紹

　　由于更高的能量密度和安全性，帶有鋰金屬陽極和陶瓷電解質的固態電池是當前的熱點。然而在循環過程中鋰枝晶通過陶瓷電解質的傳播會導致高充電狀態下的短路，是實現高能量密度全固態鋰陽極電池的最大障礙之一。以往的研究表明，如果電解質具有足夠高的剪切模量，那么通過聚合物電解質的枝晶生長就會受到抑制。然而，對于固態電池來說，剪切模量高的陶瓷并不能抑制鋰枝晶的生長，這表明枝晶穿透陶瓷的機制與通過聚合物的機制不同。作者通過原位跟蹤鋰的進入量和裂紋在陶瓷中的傳播速度，表明裂紋在陶瓷中的傳播速度遠遠優于金屬鋰。在電鍍鋰時，在與電鍍電極相鄰的電解質中形成裂縫，會沿著孔隙度高于陶瓷平均值的路徑向鍍層電極表面傳播。橫向裂紋在整個電解質中傳播，從而在鍍覆電極和剝離電極之間形成一條路徑。最終當裂紋蔓延整個固態電解質時，電池就會短路。

　　本文亮點

　　1.

　　本工作通過原位跟蹤鋰的進入量和裂紋在陶瓷中的傳播速度，表明裂紋在陶瓷中的傳播速度遠遠優于金屬鋰。

　　2.

　　本工作發現下鋰到達另一個電極之前，裂縫就會穿過整個電解質導致固態電池的短路。

　　要點：1、作者利用高電流密度產生高電位，以確保循環過程中鋰枝晶的形成和電解質開裂。2、在循環之前，在鋰的界面附近沒有發現裂紋。經過半周期循環后，經過剝離的界面基本上保持不變，而在與電極界面相鄰的固體電解質中可以清楚地觀察到裂紋。與中心區域相比，在電鍍電極附近觀察到的陶瓷裂紋在靠近鋰電極的邊緣時更為普遍。

　　要點：1、作者提出正應變的熱點圖為鋰沉積，會導致電解質脫落，散裂裂紋擴大。電鍍后在存在剝落或新出現剝落的區域中，陽性應變在電極邊緣最普遍。2、作者提出隨著鋰含量降低，陽極的應變就會減小。但是隨著循環過程的進行，會有應變和散裂裂紋的凈堆積。

　　要點：1、在Li/Li6PS5Cl/Li電池的單次電鍍過程中，在裂紋中對鋰沉積的分析表明，裂紋在Li之前傳播。2、作者為了研究鋰在電解質中的傳播，研究了散裂和垂直裂紋中的灰度強度。隨著電荷的通過，可以觀察到衰減的逐漸增加，這對應于裂紋中鋰沉積的增加。裂紋內的連續灰度隨著更多電荷通過的動態增長，排除了裂紋內的衰減相是碎片化的陶瓷電解質的可能性，表明它確實是鋰沉積導致的。

　　要點：1、作者發現鋰進入固體電解質，導致通過電荷后在鍍電極附近形成濺射，裂紋從剝落的下方垂直于電鍍電極擴散，而鋰則被限制在裂縫的頂部。當電流增加后，垂直裂紋進一步傳播，散裂裂紋內的鋰沉積量增加。2、作者發現散裂和隨后的垂直穿過電解質傳播的裂紋都遠在鋰擴散進入之前。3、大部分枝晶沿電極邊緣分布，單個長枝晶（最長的尖刺）導致細胞短路。4、作者為了將通過電解質傳播的鋰枝晶的位置與脫落的位置相關聯，在同一電池上進行了XCT，表明鋰的進入主要在邊緣的鍍層電極處形成剝落，并導致橫穿固態電解質的橫向裂紋，這些裂紋越來越多地被鋰填充，最終導致電池短路。