在電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域，可充電鋰離子電池得到了廣泛應用。然而，這些電池在溫度過(guò)高時(shí)可能停止工作并著(zhù)火。在一定程度上，這是因為電池內部的電解質(zhì)具有易燃性。據外媒報道，斯坦福大學(xué)（Stanford University）與SLAC國家加速器實(shí)驗室（SLAC National Accelerator Laboratory）的研究人員共同開(kāi)發(fā)了一種不易燃的鋰離子電池電解質(zhì)。使用這種電解質(zhì)的電池在高溫下仍能繼續工作，而不會(huì )起火。
（圖片來(lái)源：SLAC實(shí)驗室）
傳統的鋰離子電池電解質(zhì)由溶解在液態(tài)有機溶劑（如乙醚或碳酸鹽）中的鋰鹽制成。這種溶劑能夠促進(jìn)鋰離子傳輸，但也存在一定的起火風(fēng)險。過(guò)去30年，研究人員開(kāi)發(fā)了多種不易燃電解質(zhì)，例如聚合物電解質(zhì)，使用聚合物基質(zhì)而不是經(jīng)典的鹽溶劑溶液來(lái)傳輸離子。這些替代品雖然安全性較高，但不能像液體溶劑那樣有效地傳輸離子，無(wú)法達到傳統電解質(zhì)的性能水平。
該團隊希望生產(chǎn)一種基于聚合物的電解質(zhì)，能夠同時(shí)提供安全性和性能。因此，斯坦福大學(xué)研究生Rachel Z Huang決定在一種聚合物基電解質(zhì)中盡可能多地加入LiFSI鋰鹽。這種聚合物基電解質(zhì)由斯坦福大學(xué)的博士后學(xué)者Jian-Cheng Lai設計和合成。
研究人員測試添加數量的極限。通常情況下，基于聚合物的電解質(zhì)中鹽的重量不超過(guò)50%。Huang將這一數字提高到了63%，由此創(chuàng )造了據稱(chēng)是有史以來(lái)含鹽量最高的聚合物電解質(zhì)之一。
與其他聚合物基電解質(zhì)不同，這種電解質(zhì)中還含有易燃溶劑分子。然而，在鋰離子電池的測試過(guò)程中，這種被稱(chēng)為溶劑錨定不易燃電解質(zhì)（SAFE）的整體電解質(zhì)被證明在高溫下不易燃。
SAFE起作用是因為溶劑和鹽協(xié)同工作。在采用SAFE的電池中，溶劑分子有助于傳導離子，其性能可與使用傳統電解質(zhì)的電池相媲美。但是，這種電池可以在77–212華氏度的溫度范圍內繼續運行，而不像大多數鋰離子電池那樣在高溫下容易退化。因為大量添加鹽類(lèi)，充當溶劑分子的錨，可防止其蒸發(fā)和著(zhù)火。
研究人員表示，這一新發(fā)現為聚合物基電解質(zhì)設計提出了一種新的思維方式。對于未來(lái)開(kāi)發(fā)兼具高能量密度和安全性的電池，具有重要意義。
粘稠狀電解質(zhì)
聚合物基電解質(zhì)可以是固體或液體。值得一提的是，SAFE中的溶劑和鹽，可使其聚合物基體塑化，成為像傳統電解質(zhì)一樣粘稠的液體。
這種粘稠的電解質(zhì)可以兼容現有市售鋰離子電池部件，不同于其他已有不易燃電解質(zhì)。例如，固態(tài)陶瓷電解質(zhì)必須使用特殊設計的電極，因此生產(chǎn)成本較高。Huang表示：“有了SAFE，無(wú)需更改任何制造設置。當然，如果以前的生產(chǎn)過(guò)程使用過(guò)SAFE，則需要優(yōu)化電解質(zhì)以適應生產(chǎn)線(xiàn)，但工作量比任何其他系統要少得多。”
SAFE可能應用于電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。在電動(dòng)汽車(chē)中，如果多個(gè)鋰離子電芯靠得太近，可能互相加熱，最終導致過(guò)熱起火。然而，如果在電動(dòng)汽車(chē)的電池中使用像SAFE這樣可在高溫下保持穩定的電解質(zhì)，就可以將電芯緊密地包裝在一起，無(wú)需擔心過(guò)熱。除了降低火災風(fēng)險，這還可以減少冷卻系統占用的空間，使電池擁有更多的空間。增加電池數量，可以提升整體能量密度，使車(chē)輛實(shí)現更長(cháng)的單次充電行駛時(shí)間。
