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2018年08月23日 | 这种新型锂电池 受到冲击后会变硬防止爆炸
2018-08-23
为了让锂离子电池更安全，最近国外研究人员提出了一种新颖的解决方案：通过一种液体电解质在撞击时变得坚固。电解液可以防止电池在发生碰撞或严重下落时温度升高并起火燃烧爆炸。团队的开发人员说，这种新技术可以在电池生产环节上节省不少成本，而且很容易使用。
锂离子电池包含两个电极，由薄塑料片隔开，浸入液体电解质中。如果塑料分离器断裂，电极就可以“触碰”，短路并加热，这可能会导致挥发性液体电解质起火。
多年来，研究人员一直在尝试用不易燃的固体电解质使电池更安全。但是这些固体，通常是塑料或陶瓷，不会像液体那样导电。一些小组也在用类似于半固体电解质和玻璃电解质制造电池。
Gabriel Veith和他在橡树岭国家实验室的同事们制造了一种通常是液体的电解质，但在受到压力时却变成了固体。因此，如果电池被压碎或渗透，电解液会变硬，使电极无法接触。研究人员正在波士顿举行的美国化学学会会议上展示他们的研究成果。
这种新型电解液的配方很简单。Veith的灵感来自于被称为剪切增稠液体的材料。它一个最简单的例子是玉米淀粉和水的融合，有一种专业术语称为“oobleck”。当你用某种力击打“oobleck”时，它会变得很厚，感觉很硬，主要是因为玉米淀粉颗粒聚集在一起。
Veith和他的同事们在传统的液态电解质中加入了200纳米宽的二氧化硅颗粒，这是一种稀溶液的锂盐溶液。硅纳米粒子聚集在新的电解液中，使之成为坚硬的固体，而不仅仅是一层厚厚的液体。这种方法的关键是控制纳米粒子的大小。“我们发现粒子的大小必须非常、非常均匀，”Veith说。“我们说的是正负一纳米范围内。”研究人员使用一种高度控制的化学过程，发现了几乎相同的粒子。
他说只要电池处于紧张状态，这种材料就会保持固态。作为额外的好处，硅还可以吸收热量，所以电解质不会轻易着火。
在实验室里，用新的固化电解质测试的电池的表现与充满液体的电池大致相同。硅纳米颗粒确实降低了电解液的导电能力，从而降低了电池的容量，减缓了充电速度。电池的容量是用C的速率来测量的，1C是电池在1小时内充电或放电的能力，2C在30分钟内充满电。Veith说：“我们的电池可以很好地工作到2C，这对大多数电子产品来说都是足够胜任的。”
与改用固体电解质相反，硅质电解质可以融入当前的电池制造工艺中。它首先需要将塑料分离器装入硅纳米颗粒，并将液态电解质注入准备好的细胞中。然后硅就会扩散到电解液中。Veith说：“这是一种完善技术，而不需要更换工厂的生产线。”
史海拾趣
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