新電解質可杜絕鋰離子電池短路問題

    鋰電世界  美國能源部太平洋西北國家實驗室的科學家開發出一種新型電解質，不但能解決鋰離子電池短路起火問題，還能大幅提高電池效能和使用壽命。研究人員稱，該發現可能導致更加強大而實用的下一代可充電電池，如鋰硫、鋰空氣和鋰金屬電池等。相關論文發表在《自然·通訊》雜志上。   

    目前大多數的可充電電池都是鋰離子電池，其陽極由鋰或其他材料制成，陰極通常由石墨制成。當電池被連通后，電子在兩極之間的流動就會產生電流。為了控制電子，帶有正電荷的鋰離子會經由電解質從一極到另一極。但是石墨儲能能力較低，這限制了鋰離子電池的容量。于是在20世紀70年代時，人們開發出了基于鋰陰極的充電電池。之所以選擇鋰，是因為它具有比石墨多10倍以上的儲能容量。但問題是，這會導致微觀上出現樹突狀鋰枝晶生長，從而使電池出現短路故障。多年來許多人都試圖解決這一問題。   

    有科學家們采用了具有保護涂層的陽極材料，而其他一些人則制造出了電解質添加劑。一些解決方案的確消除了樹突，但同時也導致電池功率和電量的大幅縮減。還有其他一些解決方法只能減緩這一現象的發生，卻無法讓樹突停止生長。   

    物理學家組織網2月25日報道稱，由美國能源部太平洋西北國家實驗室研制出的這種新型電解質不但能完美解決樹突問題，還能幫助鋰離子電池發揮99%的效能，將其單位面積的能量密度提高10倍以上。   

    負責這項研究的太平洋西北國家實驗室物理學家張繼光（音譯）說，今天廣泛應用的可充電鋰離子電池的容量正在接近其峰值，應該對以鋰為陽極的設計進行重新審視。基于此前的研究，張繼光和他的同事決定用含有大量鋰雙（氟磺酰）的亞胺鹽作為新型電池的電解質。此外，他們還加入了一種被稱為二甲氧基乙烷的物質。   
 
    研究人員制造了一個圓形的測試電池。在電池中使用新的電解質和鋰陽極。結果發現，鋰陽極的存在只產生了一些平滑的鋰節點而沒有出現大量的纖維狀樹突。經過1000次充電放電循環后，測試電池的電量仍為初始值的98.4%，能量密度保持在4毫安每平方厘米。   

    這種新的電解質非常高效，同時也提供了一種新的可能性。今天電池的陰極實質上是由涂有石墨或鋰等活性材料的薄金屬片制成的。這個金屬薄片被稱為集電體，因為我們的手機等用電器正是通過它來獲取電流的。之所以需要在上面涂覆活性材料，是因為迄今為止，大多數電解質在電池工作的過程中都會消耗鋰離子。但是超過99%效率的電解質意味著可能創造出一種只有負集電體而沒有活性材料涂覆的陰極。這有望大幅減少電池的生產成本和其尺寸，也將顯著提高這些電池的安全性。   

    研究人員正在評估各種添加劑，以進一步提高電解質的性能，使鋰離子電池達到99.9%以上的效率。