据斯坦福大学官网消息，该校研究人员研发出可以防止爆炸的锂离子电池，这种电池可以在过热之前关闭，在温度降下来后迅速重启。

“人们尝试了多种策略来解决锂离子电池意外爆炸的问题。”斯坦福大学材料科学与工程教授鲍哲楠说：“我们设计的电池首次可在反复加热和冷却循环中关闭和重启，且性能不会受到影响。”鲍哲楠和她的同事在11日《自然—能源》期刊中阐述了这一研究成果。

传统的锂离子电池包含两个电极，电极之间是携带带电离子的液态或凝胶状的电解质。刺穿、短路或过度充电都会使电池产生热量。如果温度达到约150摄氏度，电解质就会着火并引发爆炸。有几种技术已经被用来防止电池爆炸，例如在电解质中加入阻燃剂，或在电池过热之前发出警报。但是这些技术都是不可逆的， 也就是说电池在出现过热之后就无法再次使用了。

为了解决这一问题，该研究团队将目光转向了纳米技术。在实验中，他们在带有纳米级凸起的镍颗粒表面覆盖了一层石墨烯，并将这些颗粒嵌入具有弹性的聚乙烯薄膜中。“我们将聚乙烯薄膜与一个电极连接起来，这样电流可以通过它。”论文第一作者陈正说，“为了导电，那些带凸起的镍颗粒需要彼此接触。但是在热膨胀过程中，聚乙烯薄膜被拉伸，这些镍颗粒就相互分开了，这就使薄膜不再导电，电流就不会通过电池。”

图：安全电池设计示意图（a，一个正常的高性能电池(LIB)包括阳极（例如，涂在Cu上的石墨），隔板（例如，多孔聚烯烃），阴极（例如，涂覆在Al上钴酸锂）和一个可燃的电解质。当异常加热时，隔板会熔化，导致电池内部短路。温度的明显增加将导致热失控并永久损坏电池结构。 b，安全电池涂覆有薄快速可逆的温敏聚合物开关（TRPS）层一个或两个集流器。它通常在室温下工作。然而，在高温或大电流的情况下，这些TRP将被激活，大大增加了其电阻导致电池关闭，因此可以不损坏电池结构。 c，TRPS材料的热交换机制。由于通过高低不平纳米结构体（GrNi）启用了量子力学的隧道效应，因此高分子复合膜在室温下具有高电导率。一加热，聚合物基质膨胀，从而分离导电性粒子，这将降低σ的值10^7-10^8倍。在冷却时，聚合物收缩进而重新获得原来的导电路径。图中符号（×）表示阻挡电子或离子迁移受阻）

研究人员把电池加热到70摄氏度以上后，聚乙烯薄膜迅速膨胀，镍颗粒相互分开，电池不再工作。但是当电池温度回落到70摄氏度以下，聚乙烯薄膜收 缩，镍颗粒回到相互接触状态，电池开始继续产生电流。他们甚至可以把温度调高或降低，这取决于嵌入了多少镍颗粒，以及选择什么样的聚合物材料。

图：测试效果（当温度过高，LED灯熄灭，当温度降低后LED灯亮起）

“与之前的方式相比，我们对电池的设计提供了一种兼具高性能和安全性的可靠、快速且可逆的策略。”该研究的合作者之一崔毅说，“这种策略具有非常好的应用前景。”

文章链接：

Fast and reversible thermoresponsive polymer switching materials for safer batteries

消息链接：

This Battery Won't Make Cars or "Hoverboards" Catch Fire

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