導致鋰離子電池失效的原因有很多，其中一個問題由來已久，即高電流密度下出現的枝晶穿透現象。鋰枝晶是一種樹形結構，形成于電池的鋰鍍層上。它們可以迅速穿過電池的陶瓷隔膜，即電池正極和負極之間的多孔塑料膜。一旦枝晶穿過隔膜，電池就會短路。枝晶生長取決于電流密度，當電流密度高于預期或設計的3個數量級時，電池中會出現枝晶。在之前的研究中，研究人員打開電池，會看到隔膜上的黑點，那就是枝晶穿透隔膜的位置。

重要研究人員YoungjuLee進行同樣的研究，分析黑點覆蓋的區(qū)域。結果發(fā)現，它們占隔膜總面積的0.1%，這意味著對應的電流要比預期值高1000倍。在沒有達到臨界電流密度的情況下，電池怎么會短路，這是一個謎題。Bai說：在設計電池時，我們使用電極或隔膜的整個面積來計算電流密度。但是，高電流密度是局部發(fā)生的。

研究人員利用一種獨特的、透明的微管電芯，來觀察鋰金屬生長動態(tài)，通過隔膜孔，重建實際的金屬刺穿動態(tài)過程。Bai說：我們發(fā)現它比我們想象的更復雜，它對通道的幾何形狀非常敏感。他們發(fā)現，從本質上看，具有收斂截面面積的單一電解液通道，以及有效實用的隔膜(在金屬生長方向上可能導致穿透孔越來越少)，將加速并加劇這種動態(tài)，導致電池更快短路。Lee說：假如你擁有擴張的通道，你可以延遲甚至防止枝晶形成。這就是我們的發(fā)現。

研究人員不僅描述了這種關系，而且用一個數字來表達。Lee表示：物理量、電流密度和短路時間非常重要，這個數字含義了它們之間的關系。假如這個數字(Sand公式中的指數)小于負2，那么你就會擁有更安全的鋰離子電池。假如高于負2，比如-1.5，那就不好了。Bai說：你的電池會很快短路，早于標準模型預測的時間。