美国将电池集电器重量减轻80% 可延长电动汽车续航降低起火风险

据外媒报道，美国斯坦福大学（Stanford University）的科学家与能源部SLAC国家加速器实验室（SLAC National Accelerator Laboratory）重新设计了最重的电池组件——集电器（铜片或铝箔），并将其重量减少了80%，还能够立即熄灭起火事件，因而可以让锂离子电池变得更轻、更安全、更高效。

集电器（图片来源：斯坦福大学）

研究人员表示，如果采用该项技术，就可以实现电池研究的两个主要目标：延长电动汽车的续航里程以及降低笔记本电脑、手机和其他设备起火的风险。当电池以超高速充电时，这一点尤其重要，因为充电速度快会导致各种电池损坏问题，甚至引发火灾。

无论是圆柱形电池还是电池包，锂离子电池都有两个集电器，每个电极一个，会分布流入或流出电极的电流。在一些大功率或超薄电池中，此类集电器的重量占到15%至50%。减少电池的重量一方面可以让设备更轻，减少电动汽车的重量；此外还能够在特定重量内存储更多的能量，让电子设备和电动汽车都可以具备更长的续航时间。减少电池的重量以及易燃性也可以降低运输回收电池的成本，对电池回收也会有很大的影响。

电池行业的研究人员一直试图降低集电器的重量，让此类集电器更薄，或有更多孔，但是尝试结果总会出现不必要的副作用，如让电池更加脆弱或化学性能不稳定，或需要更多的电解液，这会提高成本。

在谈到安全问题时，研究人员表示：“人们也尝试在电池电解液中添加阻燃剂，因为电解液也是易燃部分，但是不能添加太多，否则电解液会变得粘稠，不再能很好地传导离子。”

研究人员们对这个问题进行了头脑风暴之后，就设计了一个实验，以聚酰亚胺轻质聚合物为基础，制造和测试集电器，因为聚酰亚胺可以防火，并能承受因快速充电产生的高温。此外，一种称为磷酸三苯脂（TPP）的阻燃剂也被嵌入到聚合物中，然后在聚合物的两面都涂上一层超薄的铜。铜不仅能够完成电流分配的工作，还能够保护聚合物及阻燃剂。

（图片来源：斯坦福大学）

与现有的集电器相比，新设计的集电器的重量减轻了80%，能够将各种类型电池的能量密度增加16%至26%。此外，其传导电流的性能也与普通的集电器一样，且不会退化。

暴露在明火下实验（图片来源：斯坦福大学）

当用如今的商用集电器做成的电池包被暴露在明火下时，其会着火并剧烈燃料，直到电解质全部燃烧殆尽。不过，在配备了新型阻燃剂集电器的电池中，火不会真正地燃烧起来，产生的火焰非常微弱，几秒钟内就会熄灭，即使试图重新点燃时，也没有再次燃烧起来。

研究人员表示，该技术的最大优点之一是新型集电器制造简单，而且更便宜，因为只需要用一种便宜的聚合物取代部分铜。因此，还可以实现规模化商业生产。目前，斯坦福大学已经为该项技术申请了专利。