聚乙烯薄膜助新型鋰電池自動避免過熱和火災

材料牛注：斯坦福大學的研究員們發明了一種鋰離子電池，可以防止在使用過程中電池過熱以及由此引發的火災，增加了鋰離子使用的安全性，而這項技術的關鍵僅僅需要加入一層聚乙烯薄膜。

一段時間以來，研究員們一直在尋找一種方法來防止鋰離子電池過熱而引發火災，所作的嘗試非常多，包括向電解質中添加阻燃劑等，可惜這些都沒有成功。斯坦福大學研發的電池首次實現可以自動根據電池溫度停止和恢復供電，而不會影響電池的性能。

為此，斯坦福大學的研究員們發明了一種鋰離子電池，這種電池可以在其過熱的之前自動關閉，并且在冷卻之后立刻“重啟”。這種新技術的引入可以防止筆記本電腦和其他電器設備引發火災。這種新技術就像是一種切斷開關，或者說就是保險盒中的跳閘器，但是他卻可以自動重啟。

研究員們在該電池中使用了石墨烯包裹尖尖的鎳納米顆粒，然后將這種顆粒嵌入聚乙烯塑料薄膜上，并使上述薄膜附著在電池的電極上。只要鎳納米顆粒在薄膜上保持物理接觸，電流就可以流過電池。

當電池溫度超過華氏160度（70攝氏度）時，聚乙烯薄膜會像氣球一樣發生膨脹，而在其表面的鎳顆粒就會發生物理分離，從而阻斷電流的流動。只要電池溫度恢復到華氏160度以下時，鎳顆粒就會再次發生接觸，電池就可以恢復供電。

溫度的閾值可以根據需要調節，通過改變薄膜上納米顆粒的數目或者使用不同的聚合物材料。

研究員們稱這種新的方法可以很好的與現有的電池生產結合。項目的一位研究員Zheng Chen說：“眾所周知，集流體的生產時一個獨立過程，我們可以利用現有的電池生產線將薄膜添加到集流體上。”

Chen還說：“薄膜的主要組成部分是聚乙烯，這種聚合物很便宜，并且現在已經可以大量的商業化生產鎳顆粒，我們并不知道成本到底多少，但一定是很低的”

這項研究發布在Nature Energy.上。

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文獻下載地址：Fast and reversible thermoresponsive polymer switching materials for safer batteries

感謝材料人編輯部黃語嫣提供素材，胡旭輝翻譯！