在8月22日由美國化學學會(ACS)舉辦的第256屆全國會議暨博覽會(ACS)上，美國橡樹嶺國家實驗室與羅切斯特大學研究人員展出了一種新型防火的鋰電池，其電解液在遭到撞擊時能夠自發由液體變為固態，防止鋰電池在破裂時起火。

鋰電池一般由正負電極與電解液組成，置于電動汽車里的鋰電池一旦遭受猛烈撞擊，用于分隔正負極的薄層塑料便容易破裂，電池短路后化學反應放出的熱量會導致電池溫度升高，易引起火災等事故。多年來，研究人員采取了多種辦法降低鋰電池起火的危險性，包括用不易燃的固體、向電解質中加入特定物質等。

目前，以固體作為電解液的鋰電池通常使用的是塑料或陶瓷材料，但由于固體電解液流動性較差，其充放電效率更低，一些公司也在嘗試用半固態電解質或玻璃狀電解質制造電池。

該實驗負責人Gabriel Veith與其同事在這項研究中，制造了一種能夠進行液固轉變的電解質，正常使用時電解質能夠以液體的形式進行充放電，具有良好的導電穩定性，而在受到外界壓力時，比如電池被壓碎或穿透時，電解液就會變成固體，阻止了正負極化學物質混合導致的大量放熱，從而達到預防起火的目的。

之所以能夠將電解液從液體變為固體，Gabriel Veith表示，這個想法是受到了懸浮于水中的玉米淀粉的啟發。當人們將玉米淀粉放入水中進行攪拌，剛開始并不費力氣，但之后會越來越濃稠，玉米淀粉顆粒會粘到一起，逐漸變成難以攪動的固體。具有這種特征的流體被稱作剪切增稠液。研究人員將200納米大小的二氧化硅顆粒加入液體電解液中，作為鋰離子的稀釋溶劑。在受到沖擊時，這些二氧化硅球狀顆粒會像玉米淀粉顆粒一樣“粘”到一起，變成難以穿透的固體材料。

“加入的二氧化硅顆粒大小需要保證一致且精確，”Gabriel Veith說，“但二氧化硅的作用不僅在于形成固體，更能夠吸收電池放出的熱量，進一步降低了鋰電池起火的可能性。”

使用剪切增稠液作為鋰電池電解液并不是該實驗室首創。據了解，此前有研究小組報道了將不規則形狀或桿狀的二氧化硅顆粒加入電解液中，但研究人員認為，這項研究中使用的球形二氧化硅顆粒的制備更容易，并比不規則形狀的顆粒有更快的應變能力。

另外，這項成果也為鋰電池的生產過程提供了新思路。在傳統鋰離子電池的制造過程中，電解液通常是在生產過程的最后一步注入電池外殼，再進行電池密封。如果使用剪切增稠液作為電解液，Gabriel Veith表示，它將在注入之前就凝固成固體。研究人員采用了一種新工藝，將二氧化硅納米顆粒先放入電池的固定部位，再加入液態的電解液，解決了這一問題。

據悉，該研究小組計劃進一步改進這個系統，嘗試讓電池能夠在碰撞后受損的部分保持穩定，其余的部分能夠繼續工作。該團隊最初的目標是應用于無人機電池，但他們最終希望進入汽車市場。

(李麗旻)