枝晶生长会导致电池短路，限制充电速率与循环寿命。在许多固态电解质中，枝晶呈现尖锐的裂纹状形貌，与其他脆性固体中的断裂缺陷相似。传统观点认为，枝晶生长源于金属电沉积在尖端累积应力，若应力得不到释放，将引发电解质断裂并促使枝晶进一步扩展。通常，当充电速率超过临界电流密度时，枝晶会加速生长，该过程被理想化为线弹性断裂问题，电解质的断裂韧性决定了枝晶扩展所需的临界应力。尽管有研究类比应力腐蚀开裂，提出化学副反应可能削弱电解质，但此类效应尚未得到实验证实。
二、【创新成果】
基于以上难题，美国麻省理工学院蒋业明（Yet-Ming Chiang）教授团队在Nature上发表了题为“Electrochemical corrosion accompanies dendrite growth in solid electrolytes”的论文，揭示了固态电池中枝晶生长新机制。研究团队利用原位双折射显微镜，直接测量了高稳定性石榴石型固态电解质 LLZO（Li6.6La3Zr1.6Ta0.4O12）中枝晶生长过程中的应力分布。结果表明，在高电流密度下，枝晶可在远低于材料断裂韧性的应力下扩展，且电流越高、生长越快，所需应力反而越低，研究将这一现象定义为“电化学脆化”。STEM观察进一步揭示，其微观机制在于高电流下电解质在枝晶尖端发生分解反应，生成新相并伴随3-5%的摩尔体积收缩，体积收缩产生的附加拉应力降低了材料抵抗裂纹扩展的能力。该研究拓展了枝晶生长的理论框架，提出了“电化学脆化”新概念，为通过相变工程设计和筛选抗枝晶固态电解质提供了新的理论依据。
三、【图文解析】
图1 原位双折射显微镜直接测量固态电解质中枝晶诱导的应力分布 © 2026 Springer Nature
图2 枝晶扩展所需应力随电流变化的关系 © 2026 Springer Nature
图3 低温STEM观察枝晶生长引发的电解质结构退化过程 © 2026 Springer Nature
四、【科学启迪】
综上，本研究通过原位双折射显微镜与低温扫描透射电子显微镜，系统揭示了固态电解质中枝晶生长的电化学脆化机制。研究发现，在高电流密度下，LLZO电解质在枝晶尖端发生分解反应，生成新相并伴随3-5%的摩尔体积收缩，使枝晶扩展所需的应力强度因子降至断裂韧性的25%以下，且电流越高、生长越快，所需应力反而越低。这些发现不仅修正了传统认为枝晶扩展仅由机械断裂驱动的理论，而且首次明确提出“电化学脆化”这一新概念，揭示了相变诱导体积收缩在枝晶生长中的关键作用。此外，该成果为通过相变工程设计和筛选抗枝晶固态电解质提供了新的理论依据，并对开发高安全性、快充型固态电池具有重要的指导意义。
原文详情：Electrochemical corrosion accompanies dendrite growth in solid electrolytes (Nature 2026, DOI: 10.1038/s41586-026-10279-z)
本文由大兵哥供稿。
