在電動汽車等領(lǐng)域，可充電鋰離子電池得到了廣泛應(yīng)用。然而，這些電池在溫度過高時可能停止工作并著火。在一定程度上，這是因為電池內(nèi)部的電解質(zhì)具有易燃性。據(jù)外媒報道，斯坦福大學(xué)（Stanford University）與SLAC國家加速器實驗室（SLAC National Accelerator Laboratory）的研究人員共同開發(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(xù)工作，而不會起火。

（圖片來源：SLAC實驗室）

傳統(tǒng)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。這種溶劑能夠促進鋰離子傳輸，但也存在一定的起火風(fēng)險。過去30年，研究人員開發(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，無法達到傳統(tǒng)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(shè)計和合成。

研究人員測試添加數(shù)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50%。Huang將這一數(shù)字提高到了63%，由此創(chuàng)造了據(jù)稱是有史以來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程中，這種被稱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(dǎo)離子，其性能可與使用傳統(tǒng)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(nèi)繼續(xù)運行，而不像大多數(shù)鋰離子電池那樣在高溫下容易退化。因為大量添加鹽類，充當(dāng)溶劑分子的錨，可防止其蒸發(fā)和著火。

研究人員表示，這一新發(fā)現(xiàn)為聚合物基電解質(zhì)設(shè)計提出了一種新的思維方式。對于未來開發(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(tǒng)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(xiàn)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(shè)計的電極，因此生產(chǎn)成本較高。Huang表示：“有了SAFE，無需更改任何制造設(shè)置。當(dāng)然，如果以前的生產(chǎn)過程使用過SAFE，則需要優(yōu)化電解質(zhì)以適應(yīng)生產(chǎn)線，但工作量比任何其他系統(tǒng)要少得多。”

SAFE可能應(yīng)用于電動汽車等領(lǐng)域。在電動汽車中，如果多個鋰離子電芯靠得太近，可能互相加熱，最終導(dǎo)致過熱起火。然而，如果在電動汽車的電池中使用像SAFE這樣可在高溫下保持穩(wěn)定的電解質(zhì)，就可以將電芯緊密地包裝在一起，無需擔(dān)心過熱。除了降低火災(zāi)風(fēng)險，這還可以減少冷卻系統(tǒng)占用的空間，使電池擁有更多的空間。增加電池數(shù)量，可以提升整體能量密度，使車輛實現(xiàn)更長的單次充電行駛時間。