斯坦福大學(xué)和能源部的SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們采用一種全新的方法來使鋰離子電池更輕、更安全和更高效。重新設(shè)計(jì)的電池組件被稱為集電器的銅或鋁箔片，并且他們的重量減輕了80％，同時(shí)也能撲滅大火。

研究人員說，如果這項(xiàng)技術(shù)被采用，它可以實(shí)現(xiàn)電池研究的兩個(gè)主要目標(biāo):擴(kuò)展電動汽車的行駛范圍；降低筆記本電腦、手機(jī)和其他設(shè)備起火的危險(xiǎn)。當(dāng)電池被超高速充電時(shí)，這會導(dǎo)致更多類型的電池?fù)p壞，從而導(dǎo)致火災(zāi)。

研究小組在10月15日的《自然能源》上描述了他們的工作。

“電流收集器一直被認(rèn)為是自重的，直到現(xiàn)在還沒有成功地利用它來提高電池的性能，”斯坦福大學(xué)和斯坦福大學(xué)的教授兼斯坦福材料和能源科學(xué)研究所(SIMES)的研究員YiCui說。

“但在我們的研究中，將收集器重量減輕80%可使鋰離子電池的能量密度增加16-26%。”與近年來3%的平均增幅相比，這是一個(gè)很大的飛躍。”

無論是圓柱形還是袋形，鋰離子電池都有兩個(gè)電流收集器，每個(gè)電極一個(gè)。它們分布著流入或流出電極的電流，在一些大功率或超薄電池中，它們的重量占15%到50%。減少電池的重量本身是可取的，這樣可以使設(shè)備更輕，并減少電動汽車必須拖著的重量;每一特定重量存儲更多的能量，使得電子設(shè)備和電動汽車在兩次充電之間可以運(yùn)行更長的時(shí)間。

減少電池重量和易燃性也可以通過降低運(yùn)輸回收電池的成本對回收產(chǎn)生很大影響，崔說。

電池行業(yè)研究人員一直試圖降低電流收集器的重量使它們更薄更多孔,但這些嘗試有不必要的副作用,如使電池更脆弱或化學(xué)不穩(wěn)定或要求更多的電解液,提高了成本,說浴你們,崔的實(shí)驗(yàn)室的一位博士后研究員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與訪問學(xué)者Lien-Yang周。

至于安全問題，他說，“人們也嘗試在電池電解液中添加阻燃劑，這是易燃的部分，但你只能添加這么多，否則它就會變得粘稠，不再能很好地傳導(dǎo)離子。”

設(shè)計(jì)一個(gè)聚合箔三明治

在對這個(gè)問題進(jìn)行了頭腦風(fēng)暴之后，崔、葉和研究生劉亞元設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，以一種叫做聚酰亞胺的輕質(zhì)聚合物為基礎(chǔ)，來制造和測試電流收集器。聚酰亞胺可以防火，并能承受快速充電產(chǎn)生的高溫。阻燃劑磷酸三苯酯(tpp)被嵌入到聚合物中，然后在聚合物的兩面都涂上一層超薄的銅。銅不僅能完成通常的電流分配工作，還能保護(hù)聚合物及其阻燃劑。

葉說，與目前的版本相比，這些改變將電流收集器的重量減輕了80%，這意味著各種類型的電池的能量密度增加了16-26%，而且它的導(dǎo)流性能和普通收集器一樣好，不會退化。

葉說，當(dāng)用打火機(jī)做的袋式電池暴露在明火下時(shí)，會著火并劇烈燃燒，直到電解質(zhì)全部燃燒殆盡。但在裝有新型阻燃劑收集器的電池中，火從來沒有真正燃燒起來，產(chǎn)生的火焰非常微弱，幾秒鐘內(nèi)就熄滅了，即使當(dāng)科學(xué)家試圖重新點(diǎn)燃它時(shí)，它也沒有再次燃燒起來。

崔說，這種方法的一大優(yōu)點(diǎn)是，新的集電極制造起來容易，而且價(jià)格便宜，因?yàn)樗靡环N便宜的聚合物取代了部分銅。他說，因此將其擴(kuò)大到商業(yè)生產(chǎn)，“應(yīng)該是非常可行的。”研究人員已經(jīng)通過斯坦福大學(xué)申請了專利，崔說他們將聯(lián)系電池制造商來探索這種可能性。