近日，一项发表于《科学》期刊的国际合作研究首次直接观测到锂离子电池内部金属“刺状物”——枝晶的生长过程及其力学行为。这项由美国新泽西理工学院、莱斯大学、休斯顿大学及新加坡南洋理工大学等机构学者共同完成的成果，揭示了枝晶导致电池短路的深层机理，为提升新能源安全提供了关键理论依据。
长期以来，枝晶因尺寸微小且生长环境封闭，其行为难以被直接观测。新泽西理工学院副教授刘星(Xing Liu)作为联合第一作者指出：“这项工作反映了实验与计算力学的紧密合作。”研究团队开发了定制化的样品制备与力学表征平台，在严格隔绝空气的环境下，利用高分辨率电子显微镜实时记录了枝晶的形变。莱斯大学前研究员艾青(Qing Ai)表示：“尽管经过数十年的研究，锂枝晶的基本纳米力学特性直到如今仍是个谜。”
研究发现，传统观点认为锂枝晶柔软如橡皮泥，但实际观测显示其性质截然不同。刘星教授解释道：“我们的观察表明，它们可能既坚固又脆，断裂起来更像干意大利面。”这是因为枝晶表面包裹着一层固态电解质界面(SEI)，使其变得 rigid 且易碎。这种脆性导致枝晶在生长过程中容易折断，形成“死锂”造成容量损失，或刺穿隔膜引发内部短路。休斯顿大学教授严瑶(Yan Yao)团队在液固电解质系统中均证实了这一脆性断裂现象。
针对这一发现，研究者提出可通过使用锂合金负极等新策略来减少脆性断裂风险。刘星教授总结道：“我们确定的强化机制为高性能材料和高能存储系统的‘交响乐’增添了新的音符。”这项成果不仅厘清了枝晶机制的物理本质，也为开发更安全、长寿命的下一代储能系统指明了方向，将进一步推动新能源安全技术的实质性进步。
出版详情：作者：Qing Ai等，标题：《强而脆的锂树枝状晶体》发表于：《科学》 (2026)。期刊信息：《科学》
