锂电池正当时：10月十大前沿电池技术详解（下）

2014-10-29 00:11

　　近年来，一系列大事件使人们开始关注锂电池的安全性：2013年，在两架飞机的电池组起火后，波音公司暂停了它的飞行队列计划，而起火原因仍未查明；2006年，索尼公司曾召回数以百万的锂电池，起因是它们造成了十几台笔记本电脑起火——索尼表示这可能是因为在生产过程里，微小的金属杂质进入了电池内部，造成了电池短路。

　　“倒霉事发生的概率也许只有万分之一，但这仍然会是一个很大的问题。”崔屹说道，“考虑到现在数亿级的个人电脑和手机销量，电池起火可不是什么小事。而我们则希望把电池起火的可能性降低到十亿分之一，甚至，降到零。”

　　典型的锂电池有两个比较紧凑的电极：碳阳极和锂金属氧化物阴极。两者之间，有一层超薄聚合物隔层用来隔离两个电极。如果这一层聚合物有损坏，就可能导致电池的短路，并引燃那些用来给锂离子提供通路的电解质溶液。

　　“这层隔层使用的材料和塑料瓶一样。”研究的共同作者丹尼斯·卓(Denys Zhuo)说道，“它是多孔的，可以让锂离子在电池的充电电极和放电电极之间流动。”

　　一些制造上的缺陷，比如掺进金属和灰尘颗粒可能刺穿隔膜并触发短路——就如同2006年索尼所召回的那些锂电池那样。同时，如果电池过充，或者温度太低，短路的情况也都有可能发生。

　　崔屹对此解释道：“过度充电会导致锂离子在阳极堆积，形成被称作‘树突链’的锂金属。这种树突可能会穿透多孔的聚合物隔离层，最终让阳极与阴极接触，导致短路。”

　　传统锂电池(a)和有铜镀层的锂电池(b)在“树突”生长时，不同位置的电压差。铜镀层能够通过电压差提前监测到树突的生长

　　过去的几年里，崔屹和他的同事们一直在考虑建立一个智能反馈机制，监测树突是否到达阴极，从而能够在短路之前发出警告。为了解决这个问题，他们在聚合物隔离层的一侧安装了一层铜纳米层，来建立阴极与阳极之间的“第三电极”。

　　卓解释道：“这层铜纳米层就像一个传感器，可以测量阳极和聚合物隔离层之间的电压差。当树突达到铜镀层后，铜镀层和隔离层之间的电压差下降到零，我们就能知道，树突已经生长到铜镀层那里了——作为一个警告，它告诉你电池已经有些危险，有潜在的短路爆炸可能。”

　　树突的生长最可能发生在电池的充电过程中。如果电压差下降到零，用户的智能设备上将会得到一条信息，告诉用户可能得换电池或者拿去维修了。

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