斯坦福大學(xué)和能源部的SLAC國家加速器實驗室的科學(xué)家們采用一種全新的方法來使鋰離子電池更輕、更安全和更高效。重新設(shè)計的電池組件被稱為集電器的銅或鋁箔片，并且他們的重量減輕了80％，同時也能撲滅大火。

研究人員說，如果這項技術(shù)被采用，它可以實現(xiàn)電池研究的兩個主要目標(biāo):擴(kuò)展電動汽車的行駛范圍；降低筆記本電腦、手機(jī)和其他設(shè)備起火的危險。當(dāng)電池被超高速充電時，這會導(dǎo)致更多類型的電池?fù)p壞，從而導(dǎo)致火災(zāi)。

研究小組在10月15日的《自然能源》上描述了他們的工作。

“電流收集器一直被認(rèn)為是自重的，直到現(xiàn)在還沒有成功地利用它來提高電池的性能，”斯坦福大學(xué)和斯坦福大學(xué)的教授兼斯坦福材料和能源科學(xué)研究所(SIMES)的研究員YiCui說。

“但在我們的研究中，將收集器重量減輕80%可使鋰離子電池的能量密度增加16-26%?！迸c近年來3%的平均增幅相比，這是一個很大的飛躍?！?/p>

無論是圓柱形還是袋形，鋰離子電池都有兩個電流收集器，每個電極一個。它們分布著流入或流出電極的電流，在一些大功率或超薄電池中，它們的重量占15%到50%。減少電池的重量本身是可取的，這樣可以使設(shè)備更輕，并減少電動汽車必須拖著的重量;每一特定重量存儲更多的能量，使得電子設(shè)備和電動汽車在兩次充電之間可以運行更長的時間。

減少電池重量和易燃性也可以通過降低運輸回收電池的成本對回收產(chǎn)生很大影響，崔說。

電池行業(yè)研究人員一直試圖降低電流收集器的重量使它們更薄更多孔,但這些嘗試有不必要的副作用,如使電池更脆弱或化學(xué)不穩(wěn)定或要求更多的電解液,提高了成本,說浴你們,崔的實驗室的一位博士后研究員進(jìn)行了實驗與訪問學(xué)者Lien-Yang周。

至于安全問題，他說，“人們也嘗試在電池電解液中添加阻燃劑，這是易燃的部分，但你只能添加這么多，否則它就會變得粘稠，不再能很好地傳導(dǎo)離子?！?/p>

設(shè)計一個聚合箔三明治

在對這個問題進(jìn)行了頭腦風(fēng)暴之后，崔、葉和研究生劉亞元設(shè)計了實驗，以一種叫做聚酰亞胺的輕質(zhì)聚合物為基礎(chǔ)，來制造和測試電流收集器。聚酰亞胺可以防火，并能承受快速充電產(chǎn)生的高溫。阻燃劑磷酸三苯酯(tpp)被嵌入到聚合物中，然后在聚合物的兩面都涂上一層超薄的銅。銅不僅能完成通常的電流分配工作，還能保護(hù)聚合物及其阻燃劑。

葉說，與目前的版本相比，這些改變將電流收集器的重量減輕了80%，這意味著各種類型的電池的能量密度增加了16-26%，而且它的導(dǎo)流性能和普通收集器一樣好，不會退化。

葉說，當(dāng)用打火機(jī)做的袋式電池暴露在明火下時，會著火并劇烈燃燒，直到電解質(zhì)全部燃燒殆盡。但在裝有新型阻燃劑收集器的電池中，火從來沒有真正燃燒起來，產(chǎn)生的火焰非常微弱，幾秒鐘內(nèi)就熄滅了，即使當(dāng)科學(xué)家試圖重新點燃它時，它也沒有再次燃燒起來。

崔說，這種方法的一大優(yōu)點是，新的集電極制造起來容易，而且價格便宜，因為它用一種便宜的聚合物取代了部分銅。他說，因此將其擴(kuò)大到商業(yè)生產(chǎn)，“應(yīng)該是非?？尚械摹！毖芯咳藛T已經(jīng)通過斯坦福大學(xué)申請了專利，崔說他們將聯(lián)系電池制造商來探索這種可能性。