【科普知识】科技角力，树脂聚合物打破锂电池技术瓶颈

来源：中国复合材料学会

电力的出现和应用掀起了第二次工业化的高潮，也是人类历史自18世纪以来世界上发生的三次重要的科学革命之一，对于后来的人类社会发展具有重大意义。现如今，工业生产、交通、航天、医疗、互联网皆是离不开电力的支持。

为了应对设备在不能时刻保持与电网相连结的状态之下也能实现其正常运作，电池的概念被逐渐发扬光大并在近代迅速成长，锌铜电池、锌汞电池、碳锌电池、铁镍电池、锰锌电池等等都是电池发展至今留在历史中的足迹，而随着人类社会的科技进步，对电池性能的要求也随之提升，锂电池、硅电池又逐渐出现在我们的视野之中。

作为目前颇受欢迎的一类电池，锂电池展现出超越“前辈”的良好表现，自上世纪60年代出现便迎来了科学界的广泛看好，为平衡电池的体积与储存量的难题提供了有效的解决方案。经过数十年的发展，尤其是在近年来电子设备的遍地开花，以及新能源动力概念的兴起的情况之下，锂电池门类下的品种不断增加，其应用领域也日益扩大。

锂电池具有单体电池电压高、比能量大、储存寿命长(高达10年之久)等优点，但是也存在电压滞后、安全性差、成本较高等缺点。其中，安全性上的短板对于锂电池而言较为致命，通常锂电池存在发生电池炸裂等安全隐患，且需要线路保护，防止过充过放电等问题。

使用新型聚合物电解质的锂离子电池

目前广泛使用的锂离子电池，在多次充放电之后会形成锂枝晶，并引起电池的寿命缩短、出现 热点及短路，而随着锂枝晶的增大，就容易刺穿电池的内部结构，导致电极与电解液发生化学反应，引发安全事故。

不久前来自伊利诺伊大学的工程师开发出了一种固体聚合物电解质，用以帮助制造商生产可循环、自我修复的商用电池。这种电解质可以实现电池受损后的自我修复，且可在不使用刺激性化学物质或高温情况下循环使用。

研究人员此前尝试过使用陶瓷及聚合物等固体材料来作为电池的电解质使用，但是效果均不理想，以交联形成的橡胶锂导体的网状聚合物链来产生固体电解质延缓枝晶就是其中一次尝试，研究表明，这种方法使用的材料结构复杂，受损后无法恢复、愈合。

而此次则选择的一种新的网状聚合物电解质，它可以进行交换反应，并交换聚合物链，在加热过程中，其导电性和刚度逐渐增强，降低枝晶的产生，而受损后又能分解，并再度构成网状结构，达到循环利用的目标。此外这种材料在环保方面也颇具意义，在室温之下可溶于水。

研究人员检测新材料导电性，认为其有潜力成为有效的电池电解质。但是，想要达到与目前使用电解质的同等性能，还有很长的路要走。“我们在聚合物中加入一种非常特殊的化学物质和一种非常特殊的动态键。我们认为，这一组合可以重新调整，通过加入很多其他化学物质，调整传导性和机械性能。”研究人员表示。

全树脂电池发展潜力看好

全树脂电池不以金属作为电极，而是将树脂作为其材料和结构的制造原料，是一种制成的一种新型锂离子电池。通过使用含有电解液的凝胶状树脂将锂等电极材料进行包裹，来作为电池的正极和负极，这种的新的设计方式大大简化了电池结构，在其负极活性物质、正极活性物质、电解质、集电体导电膜等方面都有了很大的提升。

据悉，这种全树脂电池的电池容量可达到传统电池的2倍以上，续航能力得以优化，其生产成本也较一般的电池而言降低了至少20%，并且安全风险显著降低，即使是使用外力对其进行破坏、切割也不会引起起火，另外得益于树脂的可塑性，该电池在形状上也具有较高的自由度。

根据预测，这种全树脂电池的需求潜力和市场潜力都非常大，未来有望运用于电动汽车(EV)及固定式蓄电池等方面，随着新能源汽车产业的发展，这种电池也许有望被广泛使用。

结语：电池技术发展至今，已经形成了庞大的家族。在眼下科技飞速发展，新产业、新领域不断崛起，相应的也对已有的技术提出了新的要求。不仅如此，在倡导使用清洁能源的当下，电池技术对于扩大电能的使用领域也有着颇为重要的意义。电池技术在未来具有很强的发展潜力，其作为科技发展的重要见证者，将继续打破技术瓶颈，向上突进。

文章来源：塑料机械网 

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