研究人員開發非易燃電解質 用鹽來防止鋰離子電池起火
時間:2022-12-13 08:09來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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在電動汽車等領域，可充電鋰離子電池得到了廣泛應用。然而，這些電池在溫度過高時可能停止工作并著火。在一定程度上，這是因為電池內部的電解質具有易燃性。據外媒報道，斯坦福大學（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了一種不易燃的鋰離子電池電解質。使用這種電解質的電池在高溫下仍能繼續工作，而不會起火。
（圖片來源：SLAC實驗室）
傳統的鋰離子電池電解質由溶解在液態有機溶劑（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險。過去30年，研究人員開發了多種不易燃電解質，例如聚合物電解質，使用聚合物基質而不是經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，無法達到傳統電解質的性能水平。
該團隊希望生產一種基于聚合物的電解質，能夠同時提供安全性和性能。因此，斯坦福大學研究生Rachel Z Huang決定在一種聚合物基電解質中盡可能多地加入LiFSI鋰鹽。這種聚合物基電解質由斯坦福大學的博士后學者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中鹽的重量不超過50%。Huang將這一數字提高到了63%，由此創造了據稱是有史以來含鹽量最高的聚合物電解質之一。
與其他聚合物基電解質不同，這種電解質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（SAFE）的整體電解質被證明在高溫下不易燃。
SAFE起作用是因為溶劑和鹽協同工作。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，充當溶劑分子的錨，可防止其蒸發和著火。
研究人員表示，這一新發現為聚合物基電解質設計提出了一種新的思維方式。對于未來開發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
聚合物基電解質可以是固體或液體。值得一提的是，SAFE中的溶劑和鹽，可使其聚合物基體塑化，成為像傳統電解質一樣粘稠的液體。
這種粘稠的電解質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。例如，固態陶瓷電解質必須使用特殊設計的電極，因此生產成本較高。Huang表示：“有了SAFE，無需更改任何制造設置。當然，如果以前的生產過程使用過SAFE，則需要優化電解質以適應生產線，但工作量比任何其他系統要少得多。”
SAFE可能應用于電動汽車等領域。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定的電解質，就可以將電芯緊密地包裝在一起，無需擔心過熱。除了降低火災風險，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，使車輛實現更長的單次充電行駛時間。
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