固态电解质中枝晶生长会引发电化学腐蚀

本文研究了固态电池中锂枝晶生长的力学与电化学机制。过去普遍认为，枝晶要刺穿固态电解质（如石榴石型LLZO），必须先积累到足以使其机械断裂的应力。但本研究通过原位双折射显微镜技术，首次直接测量了枝晶生长过程中在电解质内部产生的应力分布。结果发现：枝晶在整个生长过程中始终伴随应力，但最慢生长的枝晶才接近电解质的断裂应力；而当电流密度和枝晶生长速度提高时，所需应力反而显著下降——最高可比纯机械加载下的断裂应力低75%。进一步利用低温扫描透射电子显微镜（cryo-STEM）观察高电流下传播的枝晶，发现其周围电解质发生了不可逆的化学分解，生成了新物相，并伴随明显的摩尔体积收缩。这种由电化学反应引发的“电致脆化”现象，本质上源于枝晶生长过程中发生的相变行为。因此，调控相关相变过程（如抑制有害分解、稳定界面结构），有望从根本上缓解枝晶穿透问题。该工作突破了传统‘纯力学刺穿’认知，揭示了电-化-力多场耦合驱动枝晶失效的新机制，对开发高安全性、高倍率固态锂电池具有重要指导意义。