跟着便携式电子设备及电动汽车的快速开展，人们除了寻求锂电池的容量更大、充放电速度更快外，更为关怀的是怎么保证锂电池运用的安全性。由于时不时发作的锂电池爆破等事情，免不得让人神经紧绷。怎么处理锂电池安全性问题的条件是，科学家尽或许深化和全面地了解锂电池爆破的原因。
现在科学层面的解说是电极外表锂堆积会构成“枝晶”（dendrites），并且它会持续成长，然后构成电池内部短路引起电池毛病或或许引发火灾。但怎么从原子结构层面去知道和研讨，从而去找出处理问题的方案，在曩昔短少有用的技能手法。
本月刚刚斩获2017年诺贝尔化学奖的冷冻电子显微镜（cryo-EM）技能，就为此供给了有力的技能支撑。斯坦福大学、美国能源部直属的SLAC国家加速器试验室的教授崔屹、1997年诺贝尔物理学奖得主朱棣文等人的研讨团队，就经过冷冻电子显微镜（cryo-EM）捕捉到了首张原子级锂金属枝晶的图画。该研讨成果已于当地时间10月27日宣布在世界学术期刊《Science》上。
上述图画显现，每个锂金属枝晶是一个长条状，且成型完美的六面晶体。而此前经过电子显微镜镜调查到的仅仅不规则形状的晶体。崔屹称，“研讨成果十分令人激动，也为相关研讨打开了全新的局势！”
冷冻电子显微镜，望文生义便是运用冷冻固定术，在低温下运用透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）调查样品的显微技能。冷冻电子显微镜是重要的结构生物学研讨办法，是取得生物大分子结构的重要手法。
由于图画是了解机制的要害，科学的打破往往建立在选用肉眼对方针成功获取其视觉构像。长期以来，人们认为TEM不适合调查生物分子，由于强壮的电子束会损坏生物资料。可是，冷冻电镜的发生，让研讨者能将生物分子“冻起来”，史无前例地调查剖析运动进程，这些表征关于生命化学的了解和药物学的开展都有决定性影响。正因如此，冷冻电镜也将本年诺贝尔化学将归入麾下。
左图：在室温下的TEM图画中，锂的枝晶因暴露在空气中而被腐蚀，电子束也在上面熔出很多孔洞；右图：cryo-EM下的图画，冷冻环境保存了其本来的状况，标明其有清晰界面的晶体纳米线。
关于锂等资料来说也相同，无法运用投射电子显微镜来检查枝晶原子等级的成果。和生物资料相似，当在室温下运用TEM时，经过电子束碰击，枝晶边缘会弯曲乃至熔化。参加此次作业的斯坦福大学的博士生Yanbin Li称，“透射电镜样品的制备是在空气中进行的，但锂金属在空气中将很快被腐蚀”，“每逢咱们试着用高倍电子显微镜调查金属锂时，电子就会在枝晶中‘钻洞’，乃至把它彻底熔化。”
参加此项研讨的斯坦福大学博士生Yanbin Li 称，“这就像在阳光下用放大镜照树叶相同。可是，假如你能把叶子冷却的话，这个问题将方便的解决：你把光聚集在叶子上，热量相同会流失，叶子也不会受到损坏。这便是咱们用冷冻电子显微镜所能完成的作用，用到电池资料的成像上，差异十分显着。”
所以，冷冻电子显微镜不只使得生物化学进入一个新的年代，并且还使科学家初次在原子等级看到了锂枝晶的完好结构。研讨人员还发现，在碳酸盐基电解质中的枝晶沿着一种特定方向成长为单晶纳米线。其间一些会在“成长”进程中呈现打结的状况，但它们的晶体结构依然完好的。
另一位参加此项研讨的斯坦福大学博士生yuzhang li称，还能看到固体电解质界面膜（SEI），一起还提醒了在不同电解质中构成的不同的SEI纳米结构。由于当电池充电和放电时，相同的涂层也会在金属电极上构成，所以操控它的发生和安稳关于电池的高效运用至关重要。
运用cryo-EM，科学家能够调查到电子怎么从枝晶中的原子中弹出，从而提醒单个原子的方位（左图）。科学家乃至能够丈量原子之间的间隔（右上图），而原子距离刚好能标明它们是锂原子（右下图）。
SLAC发布的新闻稿显现，在显微镜下，研讨人员运用不同的技能来调查电子从枝晶的原子中弹出的办法，提醒晶体和其固体电解质界面膜涂层中单个原子的方位。当他们向其间增加一般用于进步电池功能的化学物质时，固体电解质界面膜涂层的原子结构变得愈加有序，而这将有助于解说为什么增加剂会起到作用。
“咱们很振奋，这是咱们第一次能够取得如此翔实的枝晶的图画，也是咱们第一次看到固体电解质界面膜层的纳米结构。”Yanbin Li说，“这个东西能够协助咱们了解不同的电解质别离有什么样的作用，以及为什么某些电解质的作用比其它的要好。”
从这些试验中调查到的相关数据能够完成对电池毛病机理更进一步地了解。虽然此作业是以锂金属为例来证明cryo-EM的实用性，可是这种办法也或许会扩展到触及光束灵敏资料（如锂化硅或硫）的其他研讨。该研讨团队还表明，他们方案将着重于更多地了解固体电解质界面膜层的化学特点和结构。
