锂金属阳极电池被认为是电池设计的发展方向，因为它们的容量是商用石墨阳极电池的10倍，可大大增加电动汽车的行驶距离。新研究是迈向工业和商业应用更实用固态电池的重要一步。

　　电池设计中最大的挑战之一是阳极表面枝晶的形成问题。这些枝晶结构像树根一样伸展到电解质中，刺穿分隔阳极和阴极的屏障，导致电池短路甚至着火。

　　2021年，团队曾开发出一种处理枝晶的方法。他们设计了一种多层电池，将稳定性不同的材料夹在阳极和阴极之间。但这种设计不能完全阻止锂枝晶的渗透，只是通过控制和包覆来尽量防止这种渗透。

　　团队此次通过在阳极中使用微米级的硅颗粒来限制锂化反应，并促进锂金属层的均匀电镀，从而阻止枝晶的形成。在该设计中，当锂离子在充电过程中从阴极移动到阳极时，锂化反应被限制在浅表面。离子附着在硅颗粒的表面，但不会进一步渗透。

　　在固态电池中，硅表面的离子受到限制并经历锂化的动态过程，在硅核心周围形成锂金属镀层。在新设计中，这些涂层颗粒形成均匀的表面，阻止了枝晶的生长。而且，由于电镀和剥离可在平坦的表面上快速发生，因此电池大约不到10分钟即可充满电。

　　研究人员制造了邮票大小的软包电池版本，它比大多数大学实验室制造的纽扣电池大10到20倍。该电池在6000次充放电循环后仍保留80%的电池容量，优于当今市场上的其他软包电池。

　　相信大家都有这种体验，手机或电脑用了一段时间后，电池容量就会下降，电量耗尽的时间也随之变短。锂电池容量下降的一大原因就是锂元素的不可逆损失。阳极表面的枝晶也是一种不可逆的锂化合物，它的生长机制复杂。此次，研究人员用了新的设计，限制锂化反应，防止枝晶生长，使电池充电所需时间缩短。这种新型电池可为更多电动产品赋能，比如研发出大容量、安全且可快速充电的电池就可推动电动车行业的进一步发展。