工作温度创历史新低的新款锂离子电池介绍

　　虽然电池可以在相对寒冷的气候下使用，但它们也有很大的局限性。当温度达到-20℃时，大多数电池性能仅能达到其最佳水平的50％，而在温度为-40℃时，锂离子电池的性能仅能达到其室温容量的12％左右。对于极低温度环境下（例如温度可能下降到-157℃的外太空，或者温度低于-50℃的加拿大和俄罗斯部分地区）的电池，电池的使用将受到大大的影响。

　　不过我们科研小组发现了一种新技术，即使在其他电池可能失效的情况下，我们利用新技术设计的电池仍能正常工作。“众所周知，电解质（电极之间携带离子的化学介质）和电极（带正电的阴极和带负电的阳极）对电池性能有很大的影响，”中国上海复旦大学化学系电池组的科研人员Yong-yaoXia博士说。

　　当温度降低很大时，锂离子电池经常使用的基于酯类物质的常规电解质会变成缓慢的导体，并且在电解质和电极的界面处发生的电化学反应难以继续，这意味着锂离子电池不能够在极端寒冷的气候中保持住其良好的电池性能。这个难题也一直困扰着研究人员们。

　　该团队尝试使用基于酯（乙酸乙酯）的电解质，该电解质具有较低的凝固点，即使在极低的温度下也能够进行充电。对于电极，他们使用两种有机化合物-聚三苯胺（PTPAn）阴极和1,4,5,8-萘四甲酸二酐（NTCDA）衍生的聚酰亚胺（PNTCDA）阳极。与锂离子电池中使用的电极不同，这些有机化合物电极不依赖于嵌入反应（嵌入是指将离子连续注入到分子基质中的过程，分子基质则随着温度下降而速度减慢）。

　　Yong-yaoXia说：“受益于乙酸乙酯电解质和有机聚合物电极，我们科研团队设计的可再充锂离子电池可在-70℃的超低温下正常工作。

　　Yong-yaoXia和他的团队认为，与其他尝试在极端温度下提升锂离子电池功能的解决方案相比，这可能是一个更优雅的解决方案。其他电池研究人员试图通过开发添加剂来外部加热电池或使用液化气体电解质来解决这个问题，但是这些解决方案需要额外的材料，从而会额外增加重量。

　　Yong-yaoXia认为电池的组成也有许多优点。“与传统锂离子电池中含有过渡金属的电极材料相比，其有机材料资源丰富，价格低廉，环境友好，”他说。他估计他们设计的电池，其电极材料的价格约为其他锂离子电池电极价格的三分之一。

　　但是，在正式投入生产之前，该电池仍需要进行一些优化。Xia认为，与商用锂离子电池相比，该电池的比能量（单位质量所具有的能量）仍然较低，装配工艺需要进一步优化。“尽管比能量低，但在专业领域的应用中，它展现出了巨大的应用潜力。