提升锂电池安全性，斯坦福团队用管状新材料将火苗“扼杀在摇篮中”
用手机的时候往往不会想到，电池哪能有什么问题，顶多想想“哎呀，是不是又没电了”“该充电了”。但三星 Note 7 这一炸，的确把消费者们炸得目瞪口呆，200 万台手机也付诸一炬，还拖得当时第三季净利润同比下跌 16.8 ％，创下六年以来最低纪录。路透社近日援引知情人士称，爆炸正是由电池问题引起的，不过三星将于本月 23 日正式公布调查结果。
事实上，看上去锂电池体积小并不扎眼，但其所含能量很高，同时锂电内的有机溶剂都具易燃且闪点低。一旦有不安全行为，如过充过放、快速充放电等，很可能引发电池内部危险性副反应，从而造成热失控，最终引起燃烧。
为了解决锂电池的安全问题，研究者们一直在尝试往锂电池里加添加物，不过这很可能损失部分电池性能。“更讨巧”的做法是如苹果，较三星的锂电池，降低电池容量和能量密度以保安全。
近日，科研团队在锂电池添加物方面有所突破。 Science 子刊《Science Advances》刊文，斯坦福材料系的 Kai Liu 等人提出往电池中加入一种新材料，它能在不影响电池性能的情况下，有效抑制锂电池燃烧。
具体来说，这是一种新型非织造电纺丝隔离器（nonwoven electrospun separator），该分离器是由内核与外壳的微纤维构成，其中阻燃剂是芯，聚合物是壳。聚合物外壳的作用是，包裹阻燃剂，并防止其直接暴露或者溶解到电解液中，进而避免对电池电化学性能产生负面影响。一旦锂电池内部热失控，聚合物外壳随即熔融，释放阻燃剂，从而阻断高度易燃电解质的燃烧。
该隔离器是以磷酸三苯酯（TPP）作阻燃剂， PVDF-HFP 作聚合物外壳，直径为 1.6 cm。研究团队对其进行测试发现，当外界温度达到 160 ℃时，聚合物外壳将熔融，内部 TPP 阻燃剂基本能释放完全，“扑灭”电解液火焰只需要 0.4 秒。值得注意的是，室温下 TPP 几乎不会“主动跑到”电解质中，因而电池性能受到影响也较小。
研究团队预计，这种阻燃分离器也能用于有潜在热失控安全问题的高储能设备，不过想要应用到大型电池还需进行机械（包括钉刺测试、压碎测试）和过充过放等实际应用测试。
针对锂电池安全隐患，中国企业亦有相关突破。去年底，华为推出石墨烯基锂离子电池，并称该电池耐高温且长寿，实现的方式也是在电解液中加入特殊添加剂，并引入新型材料石墨烯以实现锂电池与环境间的高效散热。不过有分析称，虽然华为该项目技术一定程度上解决了高温问题，提升锂电池安全性，但能量密度方面并无增量，而且成本也因工艺、材料复杂等因素增加。
或许有人就会想，液态电解质又易燃，而且加添加剂后锂电池性能或多或少会受到影响，那么换成固态的如何？固体不易爆炸和挥发，同时还会使得电池的结构更强。之前，斯坦福科学家就对此进行了尝试，用固体电解质彻底代替易燃的电解液，并采用人工智能及机器学习的方法，找出了 21 个有潜力的固态电解质，只是这些材料仍有待现实场景中进行测试应用。
正如 36 氪此前所说，能量密度、成本、安全性兼得谈何容易？学术界也好、科技巨头们也好、初创企业也好，都行走在锂电池优化的漫漫征途，目前还没有一个明确的赢家。可以说，谁将率先突破谁就能拔得下一个头筹，毕竟不仅是手机，还有大片汽车动力锂电池的市场需求更迫切。
