電子發燒友網報道（文/黃山明）近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心王春陽研究員領導的國際合作團隊在《美國化學會會刊》（Journal of the American Chemical Society）上刊登了一份研究成果，利用原位透射電鏡技術首次在納米尺度揭示了無機固態電解質中的軟短路向硬短路轉變機制及其背后的析鋰動力學。

簡單來說，就是為固態電解質的納米尺度失效機理提供了全新認知，改變了以往對固態電池短路問題的理解，從根本上揭示了其失效的動態機制，為后續研究提供了重要的理論基礎。

固態電池的短路機制

固態電池因采用固態電解質替代傳統液態電解液，理論上具備更高的安全性和能量密度，被視為下一代電池技術的核心方向。然而，在商業化的進程中卻長期受制于一個致命難題，即固態電解質會突發短路。

這種短路現象無法通過傳統鋰電的熱失控模型解釋，且具有不可預測性，導致電池性能驟降甚至失效。儲能性能下降甚至失效以外，還可能帶來安全上的風險增加、設備故障乃至經濟損失。

近期，據中國科學院金屬研究所透露，該所沈陽材料科學國家研究中心王春陽研究員領導的國際合作團隊最近在這方面取得重要突破。

團隊利用原位透射電鏡技術，首次在納米尺度（<10 nm）實時捕捉到固態電池短路動態過程。這一技術突破源自王春陽在博士期間開發的透射電鏡三維成像技術，以及后續與布魯克海文國家實驗室合作中發展的AI輔助超分辨成像技術。

通過原位電鏡觀察發現，固態電解質內部存在缺陷，如晶界、孔洞等。鋰離子在電場驅動下遷移時，這些缺陷處的電場畸變會導致局部電流密度激增，迫使鋰金屬以納米級“樹根”形態沿缺陷生長，形成瞬間導電通路，即“軟短路”。

圖源：中國科學院金屬研究所官網

伴隨著軟短路的高頻發生和短路電流增加，固態電解質逐步形成記憶性導電通道，最終徹底喪失絕緣能力，引發不可逆的“硬短路”。

盡管固態電池領域長期存在短路不可預測的共識，但團隊選擇從基礎物理機制切入。王春陽曾提到，他的研究驅動力源自對看似簡單問題的強烈求知欲，例如為何固態電解質會突然崩潰而非逐漸失效，即為何從軟短路突然變為硬短路。

針對多種無機固態電解質的系統研究表明，這一失效機制在 NASICON 型和石榴石型無機固態電解質中具有普遍性。此外，該團隊還建立了“應力累積-裂紋萌生-鋰滲透”的三階段演變模型，生動的展現出了固態電池短路的過程。

短路機制揭露后將加速固態電池量產

從整個短路機制的原理來看，有業內人士在觀看該團隊的論文后表示，固態電池短路的原因主要有兩個，一個是固態電池材料本身，一個是電池電流密度不均勻導致。

因此，隨著固態電池短路機制的揭露，該研究團隊還提出了一些解決方案。例如將三維電子絕緣聚合物網絡與無機固態電解質復合，開發出一種無機-有機復合固態電解質，填補晶界間隙，阻斷鋰枝晶生長路徑。

圖源：中國科學院金屬研究所官網

原理來看，一方面，三維電子絕緣的聚合物網絡能夠有效抑制固態電解質內部鋰金屬的析出和互連。因為鋰金屬的析出和互連是導致短路的關鍵因素，通過阻止其發生，可以從根本上降低短路的風險。

另一方面，這種復合結構構建出了低阻抗離子傳輸通道，使得鋰離子能夠在電解質中快速、高效地傳輸，保證了電池的正常充放電性能。也就是說，該技術在抑制短路的同時，沒有影響電池的離子傳導性能，從而實現了安全性和性能的兼顧。

當前，國內固態電池產業還處于剛起步階段，短路現象還不明顯，但隨著這一機理的發現，對于后期的設計將會具有極大的參考價值。

目前國內不少企業已經開始逐漸布局固態電池產業，例如國軒高科在今年5月已經建成0.2GWh全固態電池中試線，搭載該技術的準固態電池（350Wh/kg）已啟動裝車測試。

上汽計劃2025年底在MG4車型應用半固態電池，梅賽德斯-奔馳測試車續航提升25%，其電池能量密度可以到450Wh/kg。同時，北方華創等企業基于該研究開發ALD（原子層沉積）設備，解決固-固界面改性難題。

政策上，工信部推出的《新型儲能制造業高質量發行動方案》明確將固態電池列為重點攻關方向，計劃2027年前培育3-5家龍頭企業。珠海、上海等地推出專項補貼，研發費用最高可以50%返還，加速技術落地。

與此同時，中國在固態電池專利占比從2018年的15%躍升至30%，逼近日本的37%。寧德時代、比亞迪等企業基于該研究調整技術路線，例如硫化物路線聚焦高端電動車，氧化物路線則主攻儲能場景。

整體來看，此次固態電池短路機制的發現并提出有效解決方案，為固態電池的商業化應用掃清了關鍵障礙，有望加速其在電動汽車、消費電子等領域的大規模應用。

并且有效抑制短路失效，顯著提升了固態電池的安全性和穩定性，同時延長了電池的循環壽命，使其更符合實際使用需求。也為固態電池產業鏈上下游企業提供了明確的技術發展方向，有助于推動材料研發、電池制造、設備生產等相關產業的協同發展。

小結

本次王春陽團隊的突破不僅破解了固態電池產業化一個重要的卡脖子難題，更開創了從基礎研究到產業落地的典范路徑。隨著技術迭代與生態協同，全固態電池有望在2027-2030年實現規模化應用，成為新能源汽車、儲能電網乃至低空飛行器的核心動力來源。