锂电池防短路锂电池技术关键突破：水淹火烧重击短路都不炸！三星看了会沉默|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

锂电池技术关键突破：水淹火烧重击短路都不炸！三星看了会沉默

晓查郭一璞发自凹非寺量子位报道 | 公众号 QbitAI

Bong！

锂电池爆炸，真是太危险了。

小则损伤财物，大则影响生命安全。

但是，谁让它能量密度大呢？总不能为了玩手机，扛个铅酸电池出门吧。

然而现在，情况有了转机。

约翰霍普金斯大学应用物理实验室科学家Konstantinos Gerasopoulo的团队，创造了一种新的锂电池。

在保持性能的前提下，这种新电池不怕水泡、不怕火烧、不怕折叠或重击，甚至能像纸片一样随意裁剪随意折叠，即使短路也还能继续使用。

要是它能普及，你可能就再也看不到“xx品牌手机爆炸”的新闻了。

这简直是消费电子行业大救星，机场安检人员的福报啊。

甚至，连一向严肃的媒体《连线》都用了“Invincible”无敌这个词来评价它。

短路折叠水淹火烧撞击都不怕

这种新的锂电池最逆天的属性，就是：

耐操。

首先，普通电池一旦被短路，报废算好的，没爆炸着火都是福大命大。

但这种新电池，短路之后，你把它短路的地方断开，它不仅不会发生危险，甚至还能继续充放电循环将近100小时。

简直是原地满血复活啊！

而且，在地球上的绝大多数恶劣环境下，这种新电池都能撑得住，不仅不会像传统锂电池一样爆炸，能保证安全；甚至还能继续工作供电。

比如说，被折叠的时候，它本来就是软的，你可以随便玩弄，把它团成球、搓成卷，设置成任何形状，甚至装在衣服里面都没问题。

而且，这种新电池也不怕外部破坏，用剪刀剪掉一块，再放进盐水里，它不会被剪坏，还耐腐蚀，仍然可以供电。

既然不怕盐水，那把它装在用于水下的探测设备里也是十分可行的了。

甚至，在模拟弹道撞击的实验里，电池依然能保证运行。

这就再也不用担心电池跌落或者遭到撞击时着火了，有了这个特性，它将来或许能用在军事设施上，成为即使在枪林弹雨中可以运转的设备。

甚至你简单粗暴的直接放火烧也没啥问题。

研究人员直接把电池烧焦，然后把烧焦的部分剪下来，剩下的部分还能持续使用100小时。

不怕水，不怕火，不怕撞击，不怕短路，真是打不死的小强。

核心秘密在哪里？

那么，为什么这款电池这么强悍，还不会起火爆炸呢？

造成传统锂电池起火最重要的一个原因就是电解质。

由于锂的活性很高，使用锂离子的电池的时候，我们需要将正负极分离开。如果它们之间的隔膜受到外力作用被刺穿，将会造成短路。

而锂电池的电解质一般是易燃有毒的有机溶剂，很快在短路产生的巨大热量下燃烧起来。

为了防止锂电池起火，科学家们想出了各种方法，比如不可燃的水代替有机电解质，代价却是损失电池的性能。

用水做电解质的锂电池电压低、能量密度低，一般电压不超过2V，能量密度不超过70Wh/kg。原因就在于电池的水实在太多了。所以如何降低这种电池中的水含量成了关键问题。

近年来，科学家们发现了一种在水中溶剂度极高的锂盐，叫做“双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂”（LiTFSI），可以将电池的稳定放电窗口提高到3.0V。

由于溶液中盐的含量甚至超过了水，所以被叫做“盐包水”电池（WiS或WiBS）。

来自约翰霍普金斯大学的科学家们发现，还可以进一步突破“盐包水”电池的极限。他们把锂盐溶液放在一种聚丙烯酸类的凝胶中。

用一种凝胶的物质巧妙地解决了这个问题。

聚丙烯酸是一种特别能“藏水”的聚合物，在生活中也很常见，我们玩的彩色吸水珠，主要成分就是它。

当然，电池里的物质不是吸水珠，而是由聚丙烯酸酯为前体，用紫外光照射使之聚合，生成的MPEGA和PEGDA交联体。

由于这种物质中含有大量的羟基，可以把锂盐水溶液锁在其中。

将凝胶电池进一步处理后得到的浓缩凝胶盐包水电池（C-W-GPE）的问题放电窗口已经达到了4.1V，和我们现在手机普遍使用的电池相当。

应用还待落地

当然，还没到马上应用的时候。

这种新型电池，还需要进一步的技术提升，因为现在只能充放电循环100次，研究人员们准备调整一下电解质来解决这个问题。

有意思的是，就在2019年，锂电池的发明者Goodenough——“棒的很”老爷子，也获得了2019年诺贝尔奖。

但是在锂电池进化的这条道路上，我们还有很长的路要走。

光是正极材料就有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等，每种材料的安全性、寿命、能量密度各有不同，不同厂家都在发展自己的技术。

针对锂电池的安全性就有不同的解决方案，JHU的这种方法并非着眼于正负极材料，而是将电解质换成安全性更高的凝胶，更难能可贵的是电池在经历各种破坏时也不会发生危险，甚至之后还能正常使用……

这就给广大依赖锂电池的产品和设备，带来了福音。

特别是电动车，锂电池的“安全感”，始终是车主和乘客最担心的环节。

但现在，一切开始不同了。

你期待吗？

— 完 —

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三星Note 7的“救星”：水基锂电池可有效防止电池爆炸

锂电池容易着火的问题已经困扰人们很久了，一种已经投入市场的水基锂电池似乎可以解决这个问题。

美国马里兰大学与军方联手制作了4伏特电压的水基锂电池。 这种新型锂电池用水基电解液取代了以往的有机电解液，避免了有机物易燃烧的缺点。如果三星在产品中用了水基锂电池，说不定可以避免手机爆炸的悲剧。

美国陆军研究实验室电化学家和材料科学家Kang Xu对电池的安全性和电量大小做出了评价，“在过去的研究中，如果要制造较大电量的电池，就得用有机电解液。这样一来电池的安全性就要降低。而如果将安全性作为重点的话，电池通常用镍或者其他金属的氢化物作为电解质，可是电池的能量就会降低”。所以说，电池的安全性和电量大小总是需要一个平衡点，很难做到两者兼顾。“然而，我们的研究能同时保证电池高安全性和大电量的特点。 ”Kang Xu补充道。

如果用钉子重复钉入4伏水基锂电池，它的初始电压并不会有太大改变，而且也没有出现烟或者爆炸的现象。通常来说，与其相似的非水基锂电池会发生短路，甚至存在着爆炸的风险。

早在2015年，这个研究组发表过水基锂电池的研究成果，然而当时的研究成果却不尽人意。之前的水基锂电池只能提供3伏特的电压，而且重复利用率很差，他们将这个缺点称为“阴极挑战”。“阴极挑战”的问题来源是由于电解液中含有盐，所以在电池工作时会腐蚀电极（阳极阴极中的一个电极），降低电池利用率。

该研究的参与者Chunsheng Wang表示，“这项研究的关键点就是找到合适的胶体隔离水和电极。如此一来水和电极不会发生反应，而且隔离层还能增加电池释放的能量”。

研究组近期的新研究成果在这个问题上有了明显的改善，不仅仅电压升高至了4伏特，他们还在电极上加了一层隔离层，使它免受电解液的侵蚀。疏水隔离层是一种胶体，它能赶走靠近电极表面的水分子。当电池第一次充电时，它会分解并形成一个能永久隔离水分子的界面，将固体电极与电解液分开。

除了这一点，隔离层还有其他的作用。它能增强水的电化学稳定窗口，通常在热力平衡下是1.23伏特，而在隔离层的作用下，水的电化学稳定窗口会提高到平衡数值以上。

制造水基锂电池有一个关键点：电解液不仅仅是水，还要有盐的存在 。就像下面视频中展示的一样，锂会与水发生剧烈的化学反应，而使用加了盐的水反应就会缓和许多。

隔离了水之后，电池就可以选择利用率高并能释放更多能量的材料作为电源的阳极，比如石墨或者锂金属。

较普通锂电池来说，水基锂电池最大的进步是提高了电池的安全性。基本上水基锂电池是不会着火或爆炸的。斯坦福大学的实验曾经见证了热失控导致的高温下（超过1085℃）电池融化。即使电池被击穿，隔离层也能防止锂和电解液反应，避免火灾和爆炸。

水基锂电池也是存在缺点的： 水基锂电池的使用寿命很短，重复充电100次就可以让电极腐蚀得不像样。Wang和其他研究者们认为，将充电次数提高至500次就可以使水基锂电池与有机锂电池竞争了。

Kang Xu表示：“这是我们首次将锂电极或石墨电极与水基电解液放在一起。这在电化学研究中可以说是一个新突破 ，因为这项技术同时可以应用于其他化学电池中，像钠离子电池、锂硫电池等。同时，它对多种离子的研究也很有价值，比如说锌和镁；甚至对电镀技术和电化学合成也有帮助。但这些领域我们还没有做深入的探究。”

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