今天的鋰離子電池仍然不夠安全。罪魁禍首是液體電解質，通常是易燃的有機溶劑，可促進離子在電池電極之間的流動。有人認為，用固體代替這種可燃材料可以生產出更安全的電池。
但是，現實從未如此簡單。固態電解質雖然不如液態電解質易燃，但也不能完全避免。不過由於斯坦福大學的材料科學家Yi Cui領導的團隊開發出了新技術，這種情況現在或許將要改變。
上個月發表在《納米快報》上的一篇論文，描述了他們如何創造出“防火”的固態電解質(SSE)。“我們通過添加阻燃劑來解決SSE的易燃性問題，” Cui實驗室的博士後研究員，論文的合著者Jiayu Wan說。
他們用到了一種被稱為十溴二苯乙烷的阻燃材料，簡稱DBDPE。為了製造固態電解質，團隊首先將DBDPE與機械增強劑聚酰亞胺結合在一起來製作薄膜。
使用聚酰亞胺有很多優點。它不僅“機械強度高”，且熔點也高(降低短路的可能性)，基於解決方案的製造工藝(與當今的電池製造方式兼容)價格便宜(3M甚至有用它製成的膠片帶)。
除了一點，就是聚酰亞胺不能傳導離子。為了解決攻克這一瓶頸，Wan和同事向混合物中添加了兩種不同的聚合物：聚環氧乙烷(PEO)和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)。
馬里蘭大學研究新電池技術的研究員Chunsheng Wang說：“那是開創性的一步，巧妙使用共聚物，解決易燃聚合物電解質電池的問題。”
固態電解質有兩種主要形式。您可以用陶瓷，一種導電性強但難以置信的脆性材料，會導致電池厚，能量密度低。或者，可以使用由聚合物組成的電解質，它們成本低，重量輕且具有柔韌性。它們也是“軟”的，這意味著沿電極和電解質的界面處的電阻較低，這使電解質易於傳導離子。
但是聚合物電解質也有問題。“這種柔軟性使其無法抑制鋰枝晶的生長，因此易燃。”他指的是從電池陽極長出的細小針狀突起。反覆充電和放電後會產生枝晶。當這些鋰晶體刺穿電池的隔膜時，就會著火。
“許多人認為，對於液體電解質而言，樹枝狀晶體通過電解質生長。但是，如果用機械強度更高的固體代替液體，鋰粒子可能會被阻塞。”
它們的機械強度以及降低的可燃性，正是固態電解質引起學術界和工業界研究人員興趣的原因。另一個原因在於它們允許電池堆疊。Wang說：“因為電解液不流動，所以您可以輕鬆地將它們放置在一起……這對於提高能量密度至關重要。”
但是，世無十全十美之事。“所有不同的SSE都有一些自己問題，因此您必須平衡它們。”
斯坦福大學的團隊似乎朝著目標邁出了一步。他們的新型固態電解質不僅超薄(測量範圍在10至25微米之間)，而且還具有很高的比容量(在1攝氏度下為131毫安小時/克，mAh / g)，並具有良好的循環性能(在60攝氏度下充放300次)。至關重要的是，這種電池即使燃燒起來，也能正常供電。
“非常驚人。通常，電池著火會爆炸。但是這種，不僅不會爆炸，還可以正常工作。”如今，該團隊繼續探索用於固態電解質的新材料和結構，以提高電流密度和電池容量。Wan說：“現在的挑戰是使電池充電更快，能量密度更高並且使用壽命更長。”
閱讀更多 瘋癲二師妹 的文章
