在8月22日由美國化學(xué)學(xué)會（ACS）舉辦的第256屆全國會議暨博覽會(ACS)上，美國橡樹嶺國家實驗室與羅切斯特大學(xué)研究人員展出了一種新型防火的鋰電池，其電解液在遭到撞擊時能夠自發(fā)由液體變?yōu)楣虘B(tài)，防止鋰電池在破裂時起火。

鋰電池一般由正負電極與電解液組成，置于電動汽車里的鋰電池一旦遭受猛烈撞擊，用于分隔正負極的薄層塑料便容易破裂，電池短路后化學(xué)反應(yīng)放出的熱量會導(dǎo)致電池溫度升高，易引起火災(zāi)等事故。多年來，研究人員采取了多種辦法降低鋰電池起火的危險性，包括用不易燃的固體、向電解質(zhì)中加入特定物質(zhì)等。

目前，以固體作為電解液的鋰電池通常使用的是塑料或陶瓷材料，但由于固體電解液流動性較差，其充放電效率更低，一些公司也在嘗試用半固態(tài)電解質(zhì)或玻璃狀電解質(zhì)制造電池。

該實驗負責(zé)人GabrielVeith與其同事在這項研究中，制造了一種能夠進行液固轉(zhuǎn)變的電解質(zhì)，正常使用時電解質(zhì)能夠以液體的形式進行充放電，具有良好的導(dǎo)電穩(wěn)定性，而在受到外界壓力時，比如電池被壓碎或穿透時，電解液就會變成固體，阻止了正負極化學(xué)物質(zhì)混合導(dǎo)致的大量放熱，從而達到預(yù)防起火的目的。

之所以能夠?qū)㈦娊庖簭囊后w變?yōu)楣腆w，GabrielVeith表示，這個想法是受到了懸浮于水中的玉米淀粉的啟發(fā)。當(dāng)人們將玉米淀粉放入水中進行攪拌，剛開始并不費力氣，但之后會越來越濃稠，玉米淀粉顆粒會粘到一起，逐漸變成難以攪動的固體。具有這種特征的流體被稱作剪切增稠液。研究人員將200納米大小的二氧化硅顆粒加入液體電解液中，作為鋰離子的稀釋溶劑。在受到?jīng)_擊時，這些二氧化硅球狀顆粒會像玉米淀粉顆粒一樣“粘”到一起，變成難以穿透的固體材料。

“加入的二氧化硅顆粒大小需要保證一致且精確，”GabrielVeith說，“但二氧化硅的作用不僅在于形成固體，更能夠吸收電池放出的熱量，進一步降低了鋰電池起火的可能性。”

使用剪切增稠液作為鋰電池電解液并不是該實驗室首創(chuàng)。據(jù)了解，此前有研究小組報道了將不規(guī)則形狀或桿狀的二氧化硅顆粒加入電解液中，但研究人員認為，這項研究中使用的球形二氧化硅顆粒的制備更容易，并比不規(guī)則形狀的顆粒有更快的應(yīng)變能力。

另外，這項成果也為鋰電池的生產(chǎn)過程提供了新思路。在傳統(tǒng)鋰離子電池的制造過程中，電解液通常是在生產(chǎn)過程的最后一步注入電池外殼，再進行電池密封。如果使用剪切增稠液作為電解液，GabrielVeith表示，它將在注入之前就凝固成固體。研究人員采用了一種新工藝，將二氧化硅納米顆粒先放入電池的固定部位，再加入液態(tài)的電解液，解決了這一問題。

據(jù)悉，該研究小組計劃進一步改進這個系統(tǒng)，嘗試讓電池能夠在碰撞后受損的部分保持穩(wěn)定，其余的部分能夠繼續(xù)工作。該團隊最初的目標(biāo)是應(yīng)用于無人機電池，但他們最終希望進入汽車市場。