科学家开发新技术,可使锂离子电池的能量密度增加26%

斯坦福大学和能源部的SLAC国家加速器实验室的科学家们采用一种全新的方法来使锂离子电池更轻、更安全和更高效。重新设计的电池组件被称为集电器的铜或铝箔片，并且他们的重量减轻了80％，同时也能扑灭大火。

研究人员说，如果这项技术被采用，它可以实现电池研究的两个主要目标：扩展电动汽车的行驶范围；降低笔记本电脑、手机和其他设备起火的危险。当电池被超高速充电时，这会导致更多类型的电池损坏，从而导致火灾。

研究小组在10月15日的《自然能源》上描述了他们的工作。

“电流收集器一直被认为是自重的，直到现在还没有成功地利用它来提高电池的性能，”斯坦福大学和斯坦福大学的教授兼斯坦福材料和能源科学研究所（SIMES）的研究员Yi Cui说。

“但在我们的研究中，将收集器重量减轻80%可使锂离子电池的能量密度增加16-26%。”与近年来3%的平均增幅相比，这是一个很大的飞跃。”

无论是圆柱形还是袋形，锂离子电池都有两个电流收集器，每个电极一个。它们分布着流入或流出电极的电流，在一些大功率或超薄电池中，它们的重量占15%到50%。减少电池的重量本身是可取的，这样可以使设备更轻，并减少电动汽车必须拖着的重量;每一特定重量存储更多的能量，使得电子设备和电动汽车在两次充电之间可以运行更长的时间。

减少电池重量和易燃性也可以通过降低运输回收电池的成本对回收产生很大影响，崔说。

电池行业研究人员一直试图降低电流收集器的重量使它们更薄更多孔，但这些尝试有不必要的副作用，如使电池更脆弱或化学不稳定或要求更多的电解液，提高了成本，说浴你们，崔的实验室的一位博士后研究员进行了实验与访问学者Lien-Yang周。

至于安全问题，他说，“人们也尝试在电池电解液中添加阻燃剂，这是易燃的部分，但你只能添加这么多，否则它就会变得粘稠，不再能很好地传导离子。”

设计一个聚合箔三明治

在对这个问题进行了头脑风暴之后，崔、叶和研究生刘亚元设计了实验，以一种叫做聚酰亚胺的轻质聚合物为基础，来制造和测试电流收集器。聚酰亚胺可以防火，并能承受快速充电产生的高温。阻燃剂磷酸三苯酯（tpp）被嵌入到聚合物中，然后在聚合物的两面都涂上一层超薄的铜。铜不仅能完成通常的电流分配工作，还能保护聚合物及其阻燃剂。

叶说，与目前的版本相比，这些改变将电流收集器的重量减轻了80%，这意味着各种类型的电池的能量密度增加了16-26%，而且它的导流性能和普通收集器一样好，不会退化。

叶说，当用打火机做的袋式电池暴露在明火下时，会着火并剧烈燃烧，直到电解质全部燃烧殆尽。但在装有新型阻燃剂收集器的电池中，火从来没有真正燃烧起来，产生的火焰非常微弱，几秒钟内就熄灭了，即使当科学家试图重新点燃它时，它也没有再次燃烧起来。

崔说，这种方法的一大优点是，新的集电极制造起来容易，而且价格便宜，因为它用一种便宜的聚合物取代了部分铜。他说，因此将其扩大到商业生产，“应该是非常可行的。”研究人员已经通过斯坦福大学申请了专利，崔说他们将联系电池制造商来探索这种可能性。
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