点火时硬化的防火锂离子电池

将粉末状二氧化硅（蓝色容器）添加到塑料层（白色片）中，将塑料内部的电极分开（金袋），可防止锂离子电池发生火灾。

为了使锂离子电池更安全，研究人员提出了一种新颖的解决方案：液体电解质在撞击时变得坚固。电解液可以防止电池在汽车碰撞或摔倒时发热并爆炸成火焰。它的开发人员表示，它可以在当今的电池生产线中经济高效地使用。

锂离子电池单元包含两个电极，这两个电极由薄塑料片隔开并浸没在液体电解质中。如果塑料分离器破裂，则电极可能彼此“接触”，使电池短路并加热，这可能导致挥发性液体电解质点燃。

多年来，研究人员一直试图用不易燃的固体电解质使电池更安全。但是这些固体（通常是塑料或陶瓷）不会传导离子以及它们的液体对应物。一些团体还在制造具有糊状半固体电解质和玻璃状电解质的电池。

加布里埃尔·维斯和他在橡树岭国家实验室的同事们制造的电解质通常是液体，但在受到应变时会变成固体。因此，如果电池被压碎或渗透，电解液会硬化，使电极不接触。研究人员正在美国化学学会波士顿会议上展示他们的工作。

电解液的配方很简单。Veith的灵感来源于剪切增稠流体。一个简单的例子是玉米淀粉和水的悬浮液，在儿童圈中称为oobleck。当你用力量击打oobleck时，它变稠并感觉很硬，因为玉米淀粉颗粒聚集在一起。

Veith和他的同事们将200纳米范围的二氧化硅颗粒添加到传统的液体电解质中，这是一种稀释的锂盐溶液。二氧化硅纳米粒子在新电解质中聚集在一起，使其成为坚硬的固体，而不仅仅是浓稠的液体。行为的关键是控制纳米颗粒的大小。“我们发现粒径必须非常非常均匀，”Veith说。“我们正在谈论加或减一纳米。”研究人员使用一种称为St?ber方法的高度控制化学过程生出几乎相同的颗粒。

他说，只要电池处于紧张状态，材料就会保持坚固。另外，二氧化硅还可以吸收热量，因此电解质不易燃烧。

在实验室中，使用新固化电解质测试的电池与填充液体的电池大致相同。二氧化硅纳米粒子确实降低了电解质传导离子的能力，这降低了电池的容量并减慢了充电速度。电池的容量以C速率测量，其中1C是电池在1小时内充电或放电的能力，2C在30分钟内充电。“我们的电池在高达2C的速率下运行良好，这对大多数电子产品来说都是可以接受的，”Veith说。

与转换为固体电解质相反，含二氧化硅的电解质可以结合到当前的电池制造工艺中。需要首先用二氧化硅纳米粒子装载塑料分离器并将液体电解质注入制备的电池中。然后二氧化硅将扩散到电解质中。“这是一种技术，而不是改造你的生产线，”Veith说。