锂离子电池被期望在未来几到十年内推动电动汽车革命，然而最近几起锂枝晶引起着火事故严重影响了公众对目前锂离子电池的信心。电池的安全与枝晶形成及演化有关，如何抑制锂枝晶生长的基本科学问题已经成为锂电技术是否能引发能源革命的重要瓶颈之一。本项目以锂离子电池在多个尺度的传递与反应过程为主要研究方向，以探索不同界面结构下枝晶成核的调控方法为目标，通过数值模拟和电池电极设计的方式，解析电池内部多场分布对枝晶成核的影响，建立枝晶成核的多尺度理论模型和跨尺度失稳判据，为电池稳定操作提供理论依据。有关枝晶形成及演化存在多个尺度电子与离子、液相与固相、反应与传质耦合。微尺度许多场分布无法直接测量，这是电池安全机制研究的难点，也是枝晶生长这一重大安全隐患问题一直没有解决的原因之一。本项目聚焦介于电池使用过程所关注的宏尺度和电池材料制备过程所关注的微尺度之间的相互关系，通过原位液相电子显微镜实验和多尺度模拟计算，研究枝晶生长发生过程中，表面张力、界面曲率、电解质性质、浓度场、过电位场分布对电池安全性能的影响以及更安全的锂离子电池设计理论。本项目创新性构思在于通过可验证的周期性结构，结合实验与模拟技术，将基于局部场分布的失稳判据，与宏尺度的充放电方案和微尺度电池结构参数关联，形成针对电池结构特征和运行条件特有的失稳判据，为解决锂离子电池高效安全运行问题提供理论依据。