如何防止锂电池液体电解质短路和着火？
来源：宝鄂实业
2019-10-27 17:19
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我们使用的智能手机、平板电脑和笔记本电脑大多使用锂离子电池等电解质液体，但这些都是非常易燃的液体电解质，从这方面考虑，固体电解质可能更安全，但固体电解质本身没有规律性，在使用时需要非常谨慎。麻省理工学院的研究人员发现了一种双锂离子电池，它结合了液体和固体电解质，利用光滑的固体电解质表面防止液体电解质短路和着火。
电池中的电解质是正极和负极之间的物质。当电池充电或放电时，离子从一个电极通过电解质传到另一个电极。通常使用的液体电解质是易燃的，它们也很容易形成树突，这会导致短路并损坏电池。为了解决这个问题，研究人员尝试使用固体电解质，如特殊的陶瓷材料，以消除短路的易燃性风险。
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液，以及结构件等部分组成，在锂离子电池的外部，通过导线和负载等，将负极的电子传导到正极，而在电池内部，正负极之间则通过电解液进行连接，在放电的时候，Li+通过电解液从负极扩散到正极，嵌入到正极的晶体结构之中。所以在锂离子电池中，电解液是非常重要的一环，对锂离子电池的性能有着重要的影响。
理想的情况下，正负极之间应该有充足的电解液，在充放电的过程中都应该具有足够的Li+浓度，从而减小由于电解液的浓差极化造成的性能衰降。但是在实际充放电过程中，受制于Li+扩散速度等因素，在正负极会产生Li+浓度梯度，Li+浓度随着充放电而波动。由于结构设计和生产工艺等原因，还会导致电解液在电芯内部的分布不均匀，特别是在充电的过程中，随着电极的膨胀，会在电芯的内部形成部分“干区”，“干区”的存在导致了能够参与到充放电反应中的活性物质减少，引起电池内局部SoC不均匀，从而导致电池内局部老化速度加快。M.J. Mühlbauer在研究锂离子电池老化对Li分布的影响中曾发现，由于在充放电过程中，正负极极片都存在一定体积膨胀，导致电芯也存在一定程度的体积膨胀和收缩，电芯会如同“呼吸”一般，反复的“吸入”和“吐出”电解液[1]，所以不同时刻，电解液在电芯内的浸润情况也在实时变化
麻省理工学院的研究人员发现，电解质的平滑度是阻止树突形成的最重要因素。麻省理工学院的研究人员认为，电解液的固定并不决定电池的树突是否能穿透电解液。研究表明，电解液表面的平整度是防止枝晶形成的重要因素。使用平滑可以消除问题的可燃固体聚合物电解质的电解液,还可以使用固体金属锂作为电池电极,固相结合的潜力使锂离子电池电解质电池容量又翻了一番,是电池技术的进一步的研究仍然是,尽快将打破瓶颈的电动汽车和便携式设备。
