突破性的柔性可切割锂离子电池不会着火–牢不可破

在对APL最新的锂离子电池技术进行测试时所拍摄的图像显示出其易燃和自熄的特性。

来自马里兰州劳雷尔市的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）的一组研究人员凭借其突破性的锂离子电池技术实现了又一个里程碑式的成就。

灵活的锂离子电池可以在极端条件下工作，包括切割，浸没和模拟弹道冲击，现在也可以为其履历表增加不可燃性。

当前的锂离子电池（LIB）依靠易燃和可燃材料，容易遭受灾难性的火灾和爆炸事故的袭击-大多数事故没有任何明显的预警就可到达。值得注意的是，由于这种危险，三星Galaxy7手机被禁止在航空公司中使用，海军禁止在船上和潜艇上使用电子烟是对降低便携式电子产品，电动汽车所选择的电源的可燃性这一明显需求的直接反应。和更多。

约翰霍普金斯APL的这种突破性，灵活，可切割的锂离子电池现在将“不会着火”添加到令人印象深刻的属性列表中。牢不可破的电池可以在极端条件下运行，包括切割，浸没和模拟弹道冲击。现在，它可以在其履历表中添加不可燃的东西。在最近发表在英国皇家化学学会化学通讯杂志上的研究中，研究小组更新了其最新发现：一类新的“盐分水”（WiS）和“盐分水”（WiBS）电解质包含在聚合物基体中，可降低水活度并提高电池的能量容量和寿命周期-同时消除了当前锂离子电池中存在的易燃，有毒和高反应性的溶剂。这是一种安全，强大的替代方案。

在最近发表在英国皇家化学学会化学通讯杂志上的研究中，研究小组更新了其最新发现：一类新的“盐分水”（WiS）和“盐分水”（WiBS）电解质包含在聚合物基体中，可降低水活度并提高电池的能量容量和寿命周期-同时消除了当前锂离子电池中存在的易燃，有毒和高反应性溶剂。

这是一种安全，强大的替代方案。

由APL研究与开发部（REDD）的Konstantinos Gerasopoulos领导的团队还包括主要作者Spencer Langevin，Bing Tan，Adam Freeman，Jarod Gagnon，Christopher Hoffman Jr.，Matthew Logan和Jeff Maranchi（均为REDD）。该研究于2019年10月14日发表在《化学通讯》杂志上。

该小组的最新工作极大地推动了水性锂电池的最新发展，并为下一代电池技术奠定了基础。随着LIB成为便携式电子产品，电动汽车和电网存储的首选储能工具，安全性的进步标志着向前迈出的重要一步，改变了锂离子电池的制造和在电子设备中的使用方式。

APL高级研究科学家兼首席研究员Gerasopoulos表示：“从手机到汽车，锂离子电池已经在我们的日常生活中不断出现，不断提高其安全性对于进一步发展储能技术至关重要。”“自1990年代初商业化以来，锂离子电池的外形尺寸并没有太大变化；我们仍然使用相同的圆柱或棱柱形电池类型。液体电解质和所需的密封包装与此有关。

“我们团队的工作通常集中在用可提高安全性和外形的聚合物代替易燃液体。我们为今天的现状而感到兴奋。我们最近的论文显示了可以在露天环境中构建和运行的水基柔性聚合物锂离子电池的可用性和性能得到了改善。”

在这项新的研究中，研究小组克服了液态WiBS电解质的局限性-由于存在水，这种电解质本来就安全，但限制了能量的承受能力，并且与大多数商业上使用的阳极材料不兼容。作者写道，他们是通过开发“稳定的基于WiBS的水性凝胶聚合物电解质（GPE）制成的，该电解质是在WiBS存在下通过紫外线介导的水溶性丙烯酸酯的聚合反应制得的”。

科学家能够证明，紫外线固化过程和WiBS在聚合物中的整合提高了游离水的保留能力，因为游离水受到聚合物的配位，从而扩大了电化学稳定性窗口。作者写道：“这是我们第一次证明，Li4Ti5O12（LTO）是当今市场上一种低成本且广泛使用的阳极，可以在水性聚合物LIB全电池中可靠地使用100次以上。”

此外，新的聚合物电解质进一步改善了2017年突破性柔性电池所展示的损伤耐受性。

Gerasopoulos说：“第一代柔性电池的尺寸不像我们今天制造的那样稳定。”“我们的紫外线固化聚合物是一种独立的，机械坚固的薄膜，类似于隐形眼镜。这些电池完全暴露在空气中，并且可以连续工作几天。我们可以燃烧它们，切割它们并以其他方式给它们施加压力，它们仍在运行。

“有了这些新的发展-改善了GPE的机械和电化学稳定性-我们感到我们在将这种新型的过饱和水性凝胶聚合物电解质从概念验证过渡到实际应用方面取得了重大进展。”

达到这一最新基准后，研究人员已经将目光投向了下一个目标，并继续致力于这项技术的进一步发展。

“我们的团队正在不断改善柔性锂离子电池的安全性和性能，” APL材料科学项目区域经理Jeff Maranchi说。“我们已经基于最近报道的这项工作而获得了进一步的发现，我们对此感到非常兴奋。我们希望在一年内将这项新研究过渡到原型制作。”

参考：Spencer A. Langevin，Bing Tan，Adam W.Freeman，Jarod C. Gagnon，Christopher M. Hoffman，Jr.，Matthew W. Logan撰写的“用于先进的水性锂离子电池的具有更高稳定性的UV固化凝胶聚合物电解质”， Jeffrey P.Maranchia和Konstantinos Gerasopoulos，2019年10月14日，化学通讯。
10.1039 / C9CC06207F