可反复充电的锂离子电极电池，充电15分钟可用1周！

      手机电池不经用一直是困扰我们的问题，最近美国西北大学一个工程师团队研制了一种可反复充电的锂离子电极电池，竟能够在短短15分钟内充完电并能够持续用上一周！这种技术不仅令充电速度提高了10倍，还能让电池容量增大10倍。

研究者们主要是结合两种化学技术，突破了两个主要的难题：储电量和充电次数。除了用于手机和ipod，这种新技术还有望用于发明出效能高、体积小的电动汽车电池。研究者们说，在未来3-5年内，这种电池就可能推向市场。目前关于这项发明的论文已发表在《高级能量材料》期刊上。美国能源部的能源前沿研究中心也正在支持这一研究。

锂离子充电是通过锂离子在电池内正极和负极两端之间传送产生化学反应来完成的，当电池内的能量被使用时，锂离子就会通过电解液，从正极游向负极。当电池在充电时，它们又会向相反的方向游动。研究人员发现，电池的充电速度实际上受碳层结构的阻碍：碳层是非常地薄的，只有一个碳原子直径的厚度，但是碳层边缘至中心的距离却比较长。充电时，锂离子必须先沿着碳层的边缘游动才能进入碳层中间。正是由于这个过程需时过长，一部分锂离子可能会因为“交通阻塞”而滞留在碳层边缘，所以充电时间才会更久。

研究团队尝试用硅取代碳。因为硅能容纳更多的锂原子：每个硅原子能容纳4个锂原子。然而，硅在充电的过程中会膨胀扩大，迅速分裂后导致电量流失。他们又尝试将硅稳定住，以此保持最大储电量，再将硅夹在碳层中间，这样就能利用硅的灵活性，让电极中锂原子的容量增大。

研究人员说：“加入硅了以后，电池能量密度增大，并且由于硅的膨胀特性，也大大减少碳层中能量的流失。”他们还利用化学氧化过程，在碳层中打了一个几乎微不可见的小孔，命名为“平面间隙”，这样就为锂离子进入正极开辟出一条“捷径”，使电池的充电时间缩短了10倍以上。论文的主要作者哈罗德·H·孔说：“哪怕一年内充电150次以上或是做更多的操作，这种电池仍然比目前市面上的锂电池能量高出5倍以上。”

但目前这项研究完全是针对电池正极的，研究者们之后还将着手研究负极，以进一步提高电池的效率。他们还对正在发展中的电解液系统学科进行研究，希望使电池能在高温环境中自动停止工作
1. 短路问题  

a.外部短路时，由于外部负载过低，电池瞬间大电流放电。在内阻上消耗大量能量，产生巨  

大热量。  

b. 内部短路，主要原因是隔膜被穿透(某些锂离子电池在过充的情况下反应过快的时候，锂  

离子在负极堆积形成枝晶，刺穿隔膜，形成内部短路。)  

内部形成大电流，温度上升导致隔膜熔化，短路面积扩大，进而形成恶性循环。  

2.气体性的问题  

锂离子电池内部的有机电解液或聚合物在大电流，高温的条件下会被电解，电解产生气体，  

导致内部压力升高，严重会冲破壳体。聚合物电池在使用软包装的时候，在内部产生气体时  

可更早的突破壳体，避免气体聚集过多，产生激烈涨裂。但聚合物电池并没有从根本上解决  

安全性问题。  

在大电流和高电压的情况下，正极锂的氧化物也会发生氧化反应，析出金属锂，在气体导致  

壳体破裂的情况下，与空气直接接触，导致燃烧，同时引燃电解液，发生强烈火焰，气体急  

速膨胀，发生爆炸。  


目前采取的安全性解决办法  

电池组的自动断路器：用完整的BMS 来检测单体电池，当电池内的温度上升时，它的阻值  

随之上升，温度随之增加，当温度较高的时候，BMS 会考虑自动断开。注意这个问题涉及  

到整车安全和电气安全之间的妥协，试想一下汽车在高速公路上开着，而 BMS 检测到某个  

单体电池温度过高。那该怎么办？  

1.单体电池内部常使用 PTC 作为过流保护元件。由于电池内部具有置于正极端子与电极卷  

之间的限流装置PTC，电池过充时当电解液发生分解、电池温度迅速上升时，该装置开始  

作用并切断电流。  

2.考虑使用自收缩的陶瓷隔膜，当温度上升到一定数值时，隔膜上的微米级微孔会自动溶解  

掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止。  

3.采用气体安全阀，电池内部压力上升到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安  

全性。