技術(shù)領(lǐng)域雜亂無章地充斥著所謂更好的電池的承諾，這些電池在實(shí)驗(yàn)室里看起來很有前途，但在商業(yè)上卻沒有成功，假設(shè)在實(shí)際商業(yè)化之前，甚至有人試圖將其擴(kuò)大到試運(yùn)行。雖然未能實(shí)現(xiàn)飛躍的原因和電池進(jìn)步本身一樣五花八門，但這并不意味著創(chuàng)新者已經(jīng)停止了嘗試。

現(xiàn)在，兩個(gè)不相關(guān)的研究團(tuán)隊(duì)--一個(gè)在斯坦福大學(xué)/SLAC，另一個(gè)在德克薩斯農(nóng)工大學(xué)--已經(jīng)設(shè)計(jì)出了他們所說的將更安全、更好的電池。這些進(jìn)展解決了這種鋰基(Li-ion)電化學(xué)儲(chǔ)能庫(kù)的雙重現(xiàn)實(shí)--其高能量密度和與這種密度相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

斯坦福大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)與能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員合作，重新設(shè)計(jì)了電池中的銅箔或鋁箔薄片，稱為集電器（最重的電池部件之一），使它們的重量減少了80%，并能立即熄滅任何發(fā)生的火災(zāi)。這些集流器分配流進(jìn)或流出電極的電流，占一些大功率或超薄電池重量的15%到50%。

該團(tuán)隊(duì)建立了以輕質(zhì)聚酰亞胺聚合物為基礎(chǔ)的電流收集器的制作和測(cè)試實(shí)驗(yàn)，這種聚合物具有耐火性，并能承受電池快速充電所產(chǎn)生的高溫。聚合物中還嵌入了一種阻燃劑-磷酸三苯酯，或稱TPP；隨后在其兩面涂上一層超薄的銅（圖1）。

1.重新設(shè)計(jì)的電流導(dǎo)體（將電流分配到電極和從電極出來的薄金屬箔）使鋰離子電池更輕、更安全、更高效。他們用涂有超薄銅的輕質(zhì)聚合物層（右上）取代了全銅導(dǎo)體（中間），并在聚合物層中嵌入阻燃劑以熄滅火焰（右下）。(來源：葉玉生/斯坦福大學(xué))

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

點(diǎn)擊詳情

因此，銅既完成了分配電流的作用，又保護(hù)了聚合物及其內(nèi)部的阻燃劑，對(duì)抑制火災(zāi)和發(fā)火非常有效（圖2）。

2.當(dāng)暴露在明火中時(shí)，用今天的商用集電體制造的鋰離子袋式電池(上排)會(huì)起火并劇烈燃燒，直到所有的電解液燒掉。使用新型阻燃集電體的電池（下排）產(chǎn)生的微弱火焰在幾秒鐘內(nèi)就熄滅了，即使科學(xué)家們?cè)噲D重新點(diǎn)燃它們，也沒有再次燃起。(來源：葉玉生/斯坦福大學(xué))

與現(xiàn)在的版本相比，這一變化使目前的集電體重量減輕了80%。博士后研究員葉玉生指出，這相當(dāng)于在各種類型的電池中增加了16%到26%的能量密度，而且它的電流傳導(dǎo)能力和普通集電體一樣好，沒有退化。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的SLAC和斯坦福大學(xué)教授YiCui補(bǔ)充道：電流收集器一直被認(rèn)為是死物，直到現(xiàn)在還沒有成功地利用它來提高電池性能。人們也曾嘗試在電池電解液中添加阻燃劑，也就是易燃部分，但你只能添加這么多，然后它就會(huì)變得粘稠，不再能很好地傳導(dǎo)離子。

他們?cè)凇蹲匀弧冯s志上的論文Ultralightandfire-inguishingcurrentcollectorsforhigh-energyandhigh-safetylithium-ionbatteries中詳細(xì)介紹了這項(xiàng)工作，同時(shí)還提供了補(bǔ)充資料和許多視頻（雖然主論文在付費(fèi)墻后，但這里有它的預(yù)印本）。研究人員還申請(qǐng)了專利。這項(xiàng)工作得到了美國(guó)能源部能源效率和可再生能源辦公室、車輛技術(shù)辦公室根據(jù)鋰離子電池的eXtreme快速充電電池評(píng)估（XCEL）項(xiàng)目的支持。

無人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備

點(diǎn)擊詳情

德州農(nóng)工大學(xué)的CNT方法

在德州農(nóng)工大學(xué)，研究人員創(chuàng)造了一種防止鋰電池過熱和失效的技術(shù)。他們?yōu)殡姵卦O(shè)計(jì)的碳納米管(CNT)能夠安全地儲(chǔ)存大量的鋰離子，從而降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。此外，它還將幫助鋰電池的充電速度快于目前的市售電池。

這種新的架構(gòu)可以防止鋰在陽(yáng)極外積聚，隨著時(shí)間的推移，會(huì)導(dǎo)致電池兩廂內(nèi)容物之間的意外接觸，這是設(shè)備爆炸的主要原因之一，該團(tuán)隊(duì)的材料科學(xué)研究生JuranNoh說。

研究人員試圖克服眾所周知的樹枝狀問題，它們的生長(zhǎng)最終會(huì)穿透分隔電池兩格的材料，導(dǎo)致短路，從而導(dǎo)致電池點(diǎn)燃。長(zhǎng)出的樹枝狀物還會(huì)消耗鋰離子，使其無法用于產(chǎn)生電流流，從而對(duì)電池的性能產(chǎn)生不利影響。

該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了使用碳納米管作為支架的陽(yáng)極，其上有空間或孔洞，供鋰離子進(jìn)入和沉積。不過這些結(jié)構(gòu)不容易與鋰離子結(jié)合，這不僅阻礙了樹枝生長(zhǎng)，也阻礙了電池提供大電流的能力。

然而，用最佳數(shù)量的結(jié)合分子對(duì)CNT陽(yáng)極進(jìn)行額外的微調(diào)，防止了樹枝狀物的形成，使大量的鋰離子能夠結(jié)合并沿著支架的表面擴(kuò)散（圖3）。這增強(qiáng)了電池產(chǎn)生大電流、持續(xù)電流的能力。

3.德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種碳納米管支架，它能最大限度地減少樹枝生長(zhǎng)，同時(shí)還能為鋰離子提供必要的結(jié)合面。(來源：德州農(nóng)工大學(xué))

正如Noh所指出的那樣，當(dāng)我們擁有適量的這些結(jié)合分子時(shí)，我們就可以在某些地方'解開'碳納米管支架，讓鋰離子通過并結(jié)合在支架的整個(gè)表面上，而不是聚集在陽(yáng)極的外表面并形成樹枝狀。

在他們的過程中，他們將鋰插入到多孔、三維、CNT結(jié)構(gòu)中，其表面被改變?yōu)榫哂锌咒?、親鋰和雜化的恐鋰/親鋰特性（恐鋰指的是材料潤(rùn)濕表面的能力或傾向）。他們的結(jié)果顯示了16mAh/cm2的高面積容量，以及8mA/cm2的電流密度，但卻沒有明顯的樹枝形形成或體積膨脹（另一個(gè)常見的電池問題）。

為了分析他們的制造效果，他們進(jìn)行了電壓/電流曲線的in-operando研究（in-operando是指一種分析方法，即對(duì)正在進(jìn)行反應(yīng)的材料進(jìn)行表征的同時(shí)，還要對(duì)催化活性進(jìn)行測(cè)量，比更著名的原位分析更為先進(jìn)）。