電化學(xué)原子力顯微鏡結(jié)合光譜技術(shù)，有望成為鋰枝晶生長機(jī)制研究的有力表征手段，通過對各種電解液和添加劑的優(yōu)化篩選、形成對金屬鋰負(fù)極有效保護(hù)的SEI膜或涂層修飾結(jié)構(gòu)，提升金屬鋰負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性。
近年來，關(guān)于鋰離子電池爆炸的新聞已經(jīng)成為一個熱點話題。鋰枝晶(Dendrite)生長是影響鋰離子電池安全性和循環(huán)穩(wěn)定性的根本問題之一。鋰枝晶的生長會破壞電極和電解液間已形成的具有保護(hù)功能的固體電解質(zhì)界面膜(SEI)，導(dǎo)致電解液不斷消耗及金屬鋰的不可逆損失，造成電池庫倫效率下降;嚴(yán)重時，鋰枝晶還會刺穿隔膜導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)部短路，造成電池的熱失控并引發(fā)爆炸。
關(guān)于鋰枝晶的生長機(jī)理目前在學(xué)術(shù)界還存在爭議。由于鋰離子電池怕水怕氧，可用來表征SEI的技術(shù)手段非常有限。近年來發(fā)展起來的各種電鏡技術(shù)都在努力嘗試在微納尺度甚至原子級別上理解鋰枝晶生長的演變過程。遺憾的是，常規(guī)的透射電鏡由于高能粒子的照射，容易引起SEI膜及金屬鋰的破壞;雖然低溫冷凍電鏡能夠緩解這一問題，但是由于使用條件的限制，在實驗中無法原位使用常溫電解液進(jìn)行實時觀察。此外，其昂貴的設(shè)備也制約了其推廣。
中科院寧波材料所沈彩副研究員在前期利用原位電化學(xué)原子力顯微鏡(EC-AFM)對多種鋰離子電池負(fù)極材料SEI膜成膜機(jī)理進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，利用SEI膜成膜電位比金屬鋰沉積電位更正的特點，設(shè)計了兩步法研究鋰枝晶的實時原位實驗。研究者通過EC-AFM實時研究了以碳酸乙烯酯(EC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)為基礎(chǔ)電解液的SEI膜的生長過程，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行原位鋰枝晶的微觀生長觀察，通過對這兩種電解液所形成的SEI膜的楊氏模量、CV圖譜及EIS阻抗譜分析，結(jié)合XPS光譜分析，研究者發(fā)現(xiàn)FEC電解液所形成的SEI膜中含有較多的LiF無機(jī)鹽，由于LiF具有較好的硬度和穩(wěn)定性，使得其整體SEI膜具有較好性能，能夠有效抑制鋰枝晶生長。
以上研究工作為SEI膜特性及鋰枝晶生長研究提供了新思路。電化學(xué)原子力顯微鏡結(jié)合光譜技術(shù)，有望成為鋰枝晶生長機(jī)制研究的有力表征手段，通過對各種電解液和添加劑的優(yōu)化篩選、形成對金屬鋰負(fù)極有效保護(hù)的SEI膜或涂層修飾結(jié)構(gòu)，提升金屬鋰負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性。