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研究人员开发非易燃电解质用盐来防止锂离子电池起火

2022-12-14 10:45 来源：网络阅读量：12194

在电动汽车领域，可充电锂离子电池已经得到了广泛的应用。然而，当温度过高时，这些电池可能会停止工作并着火。某种程度上，这是因为电池内部的电解液是易燃的。据国外媒体报道，斯坦福大学和来自SLAC国家加速器实验室的研究人员共同开发了一种不可燃的锂离子电池电解液。使用这种电解液的电池可以在高温下继续工作而不着火。

传统的锂离子电池电解液是由锂盐溶解在液态有机溶剂中制成的。这种溶剂可以促进锂离子的运输，但也有一定的火灾风险。在过去的30年里，研究人员开发了各种不可燃电解质，如聚合物电解质，它使用聚合物基质代替经典的盐溶剂溶液来传输离子。虽然这些替代品是安全的，但它们无法像液体溶剂那样有效地转移离子，也无法达到传统电解质的性能水平。

该团队希望生产一种聚合物基电解质，可以同时提供安全性和性能。因此，斯坦福大学的研究生雷切尔·张(Rachel ZHANG)决定尽可能地将LiFSI锂盐添加到聚合物基电解质中。这种基于聚合物的电解质是由斯坦福大学博士后学者赖建诚设计并合成的。

研究人员测试加法次数的极限。一般聚合物基电解质中盐的重量不超过50%。黄把这个数字提高到63%，创造了历史上含盐量最高的聚合物电解质之一。

与其他聚合物基电解质不同，这种电解质还含有易燃的溶剂分子。然而，在锂离子电池的测试过程中，这种被称为溶剂锚定不可燃电解质的整体电解质被证明在高温下不可燃。

安全工作是因为溶剂和盐一起工作。在使用SAFE的电池中，溶剂分子有助于传导离子，其性能与使用传统电解质的电池相当。然而，这种电池可以在77–212华氏度的温度范围内持续工作，而不是像大多数锂离子电池一样在高温下容易降解。因为加入了大量的盐作为溶剂分子的锚，可以防止它们蒸发着火。

研究人员表示，这一新发现为聚合物基电解质设计提供了新的思路。对未来开发高能量密度和安全性的电池具有重要意义。

粘性电解质

基于聚合物的电解质可以是固体或液体。值得一提的是，SAFE中的溶剂和盐可以塑化其聚合物基体，成为像传统电解质一样的粘稠液体。

这种粘性电解质可与现有的市售锂离子电池部件兼容，这不同于其他现有的不可燃电解质。例如，固体陶瓷电解质必须使用专门设计的电极，因此生产成本高。“有了外管局，就不需要改变任何生产设置，”黄说。当然，如果在之前的生产过程中已经使用了SAFE，需要对电解液进行优化以适应生产线，但工作量比其他任何系统都要少得多。"

保险箱可用于电动汽车等领域。在电动汽车中，如果多个锂离子电池靠得太近，它们可能会相互加热，最终导致过热和火灾。然而，如果在电动汽车的电池中使用SAFE等在高温下可以保持稳定的电解质，则电池可以紧密地包装在一起，而不用担心过热。除了降低火灾风险，这还可以减少冷却系统占用的空间，使电池有更多的空间。通过增加电池数量，可以提高整体能量密度，车辆单次充电可以实现更长的行驶时间。

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