加州大学利用碳纳米管网防止锂电池着火

加州大学圣地亚哥分校的纳米工程学院教授刘平和他的博士生马修冈萨雷斯领导的研究人员开发了一种含有碳纳米管网的新型隔膜，其能有效防止锂电池在内部短路时迅速升温而着火。据悉，该研究成果已发表在《先进材料》杂志上。

众所周知，锂电池在长期反复充电后，阳极上会出现树突的针状结构。随着时间的推移，当树突生长得足够长时，会穿透隔膜，在阳极和阴极之间架起一座桥梁，导致电池内部发生短路，从而使两个电极之间的电子流动失去控制，从宏观的角度来看，电池会过热、失效、着火甚至爆炸。

对此，加州大学的研究团队对电池隔膜进行了巧妙的调整，基本上能缓解这种现象。一面覆盖着一层薄的、部分导电的碳纳米管网，它可以拦截任何形成的树突。当一个树突刺穿隔膜并撞击碳纳米管网时，电子就有了一个通道，它们可以慢慢地排出，而不是一下子直接冲向阴极。

论文第一作者冈萨雷斯将新电池的分离器比作大坝上的泄洪道。他说：“当大坝开始溃决的时候，就会打开溢洪道，让一些水以一种可控的方式流出来。这样，当大坝真的决堤并外溢的时候，就没有多少水可以引发洪水了。这就是我们的分离器的想法，大幅降低电荷的排出速度，防止电子“泛滥”到阴极。当树突被分离器的导电层拦截时，电池就会开始自我放电，这样当电池短路时，就没有足够的能量来产生危险了。”

在测试中，安装了新分离器的锂金属电池在20到30次循环中显示出逐渐失效的迹象。与此同时，电池与一个正常离器经历突然故障在一个周期。

“在一个真实的用例场景中，你不会有任何关于电池即将失效的预先警告。前一秒可能还好，下一秒就会着火或完全短路。这是不可预测的，”冈萨雷斯说。“但有了我们的分离器，你就会提前得到警告，电池越来越差，越来越差，越来越差，每次充电都是如此。”

虽然这项研究的重点是锂金属电池，但研究人员说这种分离器也可以用于锂离子和其他电池化学反应。

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