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新发明的离子电池就算着火了也能正常供电
今天的锂离子电池仍然不够安全。罪魁祸首是液体电解质，通常是易燃的有机溶剂，可促进离子在电池电极之间的流动。有人认为，用固体代替这种可燃材料可以生产出更安全的电池。
但是，现实从未如此简单。固态电解质虽然不如液态电解质易燃，但也不能完全避免。不过由于斯坦福大学的材料科学家Yi Cui领导的团队开发出了新技术，这种情况现在或许将要改变。
上个月发表在《纳米快报》上的一篇论文，描述了他们如何创造出“防火”的固态电解质(SSE)。“我们通过添加阻燃剂来解决SSE的易燃性问题，” Cui实验室的博士后研究员，论文的合著者Jiayu Wan说。
他们用到了一种被称为十溴二苯乙烷的阻燃材料，简称DBDPE。为了制造固态电解质，团队首先将DBDPE与机械增强剂聚酰亚胺结合在一起来制作薄膜。
使用聚酰亚胺有很多优点。它不仅“机械强度高”，且熔点也高(降低短路的可能性)，基于解决方案的制造工艺(与当今的电池制造方式兼容)价格便宜(3M甚至有用它制成的胶片带)。
除了一点，就是聚酰亚胺不能传导离子。为了解决攻克这一瓶颈，Wan和同事向混合物中添加了两种不同的聚合物：聚环氧乙烷(PEO)和双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)。
马里兰大学研究新电池技术的研究员Chunsheng Wang说：“那是开创性的一步，巧妙使用共聚物，解决易燃聚合物电解质电池的问题。”
固态电解质有两种主要形式。您可以用陶瓷，一种导电性强但难以置信的脆性材料，会导致电池厚，能量密度低。或者，可以使用由聚合物组成的电解质，它们成本低，重量轻且具有柔韧性。它们也是“软”的，这意味着沿电极和电解质的界面处的电阻较低，这使电解质易于传导离子。
但是聚合物电解质也有问题。“这种柔软性使其无法抑制锂枝晶的生长，因此易燃。”他指的是从电池阳极长出的细小针状突起。反复充电和放电后会产生枝晶。当这些锂晶体刺穿电池的隔膜时，就会着火。
“许多人认为，对于液体电解质而言，树枝状晶体通过电解质生长。但是，如果用机械强度更高的固体代替液体，锂粒子可能会被阻塞。”
它们的机械强度以及降低的可燃性，正是固态电解质引起学术界和工业界研究人员兴趣的原因。另一个原因在于它们允许电池堆叠。Wang说：“因为电解液不流动，所以您可以轻松地将它们放置在一起……这对于提高能量密度至关重要。”
但是，世无十全十美之事。“所有不同的SSE都有一些自己问题，因此您必须平衡它们。”
斯坦福大学的团队似乎朝着目标迈出了一步。他们的新型固态电解质不仅超薄(测量范围在10至25微米之间)，而且还具有很高的比容量(在1摄氏度下为131毫安小时/克，mAh / g)，并具有良好的循环性能(在60摄氏度下充放300次)。至关重要的是，这种电池即使燃烧起来，也能正常供电。
“非常惊人。通常，电池着火会爆炸。但是这种，不仅不会爆炸，还可以正常工作。”
如今，该团队继续探索用于固态电解质的新材料和结构，以提高电流密度和电池容量。Wan说：“现在的挑战是使电池充电更快，能量密度更高并且使用寿命更长。”