先進的鋰離子電池可被刺穿而不著火

僅改變鋰離子電池中使用的一種材料就可以防止電池被刺穿或彎曲時發生失控火災，並且這些更安全的電池可能會在未來幾年內開始大規模生產。

智能手機、筆記本電腦和電動汽車中使用的鋰離子電池具有石墨電極、金屬氧化物電極和由溶解在溶劑中的鋰鹽製成的電解質。液體電解質允許離子沿一個方向流動以給電池充電，並沿另一方向流動以釋放能量和為設備供電。

但如果這種結構被刺穿而發生短路，那麼儲存在內部的所有化學能就會迅速釋放，這可能會引起火災甚至爆炸。

研究人員開發了替代電池設計來防止此類火災，包括保護凝膠，甚至液體電解質的固體替代品。現在， 宋岳 香港中文大學的研究人員和她的同事們創造了一種安全的設計，可以通過改變電解質材料來像現有電池一樣構建。

當帶負電的離子（稱為陰離子）破壞與電池中鋰的鍵合時，就會發生火災。當化學鍵斷裂時，它們會釋放更多的熱量，並在稱為熱失控的過程中使破壞性循環永久化。

為了解決這個問題，研究人員創建了第二種溶劑，稱為雙（氟磺酰基）亞胺鋰，只有在較高溫度下，當熱失控開始失控時，它才會與現有溶劑中的鋰結合。與傳統溶劑不同，這種新材料中不存在陰離子鍵，因此不會產生髮熱的惡性循環。當用釘子刺穿時，電池內部的溫度僅上升3.5°C，而傳統電池的升溫可達500°C以上。

“壞人是陰離子，它具有大量的鍵能，正是這些鍵的斷裂導致了熱失控效應，”說 加里·利克 在英國伯明翰大學。 “這將壞人與過程隔離開來。這在電池安全方面是一個巨大的飛躍。”

在測試中，使用新溶劑的電池在使用 4,100 小時後仍保留 82% 的容量，這意味著它們可以與現有技術競爭。

利克表示，研究成果可用於下一代電池，並在三到五年內實現大規模生產。