讓鋰離子電池更安全

2016年，著名手機(jī)制造商韓國三星公司的Note7手機(jī)在上市不久就多次發(fā)生充電時(shí)爆炸的事故，不僅給用戶帶來財(cái)產(chǎn)損失，還導(dǎo)致各國航空公司出于安全考慮對三星Note7手機(jī)頒布"禁令"，一時(shí)成為轟動(dòng)新聞。這一系列事故的罪魁禍?zhǔn)?，正是手機(jī)使用的鋰離子電池。

其實(shí)，這并不是鋰離子電池第一次"惹是生非"。在2006年，日本電子產(chǎn)品制造商索尼公司生產(chǎn)的鋰離子電池就曾因?yàn)榇嬖诎踩[患，導(dǎo)致大量筆記本電腦被廠商召回。還有今年特斯拉電動(dòng)汽車發(fā)生的多次自燃事故，也被懷疑與汽車使用的鋰離子電池有關(guān)。

鋰離子電池的安全事故頻發(fā)，要?dú)w咎于它的"軟肋"——電解質(zhì)。當(dāng)鋰離子電池放電時(shí)，原本鑲嵌在電池負(fù)極（通常為石墨）中的鋰離子脫嵌出來向正極（通常為鈷鋰氧化物、磷酸鋰鐵等含鋰化合物）移動(dòng)；而當(dāng)電池充電時(shí)，上述過程便反了過來，鋰離子從正極移向負(fù)極并重新嵌入石墨中。為了保證鋰離子電池能夠正常工作，我們需要提供一個(gè)液體介質(zhì)，讓鋰離子能夠在兩個(gè)電極間自由移動(dòng)，這個(gè)媒介就是電解質(zhì)。不僅是鋰離子電池，其它類型的電池同樣離不開電解質(zhì)這一關(guān)鍵組成部分。

最常被用作電池電解質(zhì)的，是離子化合物的水溶液。例如最常見的一次性碳鋅干電池使用的電解質(zhì)，是氯化銨或者氯化鋅溶于水形成的糊狀物；而一次性堿性電池的電解質(zhì)則是氫氧化鉀這種強(qiáng)堿的水溶液，這也就是這種電池得名堿性電池的原因。

那么以此類推，只要將鋰鹽溶于水，我們不就可以得到鋰離子電池的電解質(zhì)了嗎？很不幸，這個(gè)通常情況下屢試不爽的方法，在這里卻是行不通的，這是由于鋰離子電池的工作電壓太高，足以將水電解成氫氣和氧氣。因此在鋰離子電池中，我們只能用有機(jī)溶劑來代替水去溶解鋰鹽。然而這些有機(jī)溶劑雖然不會(huì)被電解，卻具有易燃的缺點(diǎn)。一旦鋰離子電池發(fā)生故障，有機(jī)溶劑被點(diǎn)燃，其后果自然不堪設(shè)想。

盡管鋰離子電池屢屢發(fā)生安全事故，但我們還是不得不依賴它，這是因?yàn)殇囯x子電池具有可反復(fù)充電、能量密度大等優(yōu)勢，在手機(jī)、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備中，現(xiàn)有其他類型的電池還真的無法勝任。特別是隨著鋰離子電池用于電動(dòng)汽車等新型交通工具，以及與太陽能、風(fēng)能配套的儲能設(shè)備，其應(yīng)用范圍還將進(jìn)一步擴(kuò)展。因此，提高鋰離子電池的安全性刻不容緩。

既然鋰離子電池安全隱患的根源是電解質(zhì)中易燃的有機(jī)溶劑，我們能否用不會(huì)燃燒的溶劑來替代它呢？剛才提到，用水溶液做電解質(zhì)是行不通的，那么剩下的選擇自然就是離子液體了。而事實(shí)上，離子液體也確實(shí)沒有辜負(fù)科學(xué)家們的期待。

2010年來自加拿大的一項(xiàng)研究表明，如果向傳統(tǒng)的鋰離子電池電解液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的離子液體，電池的性能并沒有受到明顯的影響，但電解液的易燃性顯著降低，即便面對明晃晃的火焰也不會(huì)燃燒。有了這樣的電解質(zhì)，鋰離子電池的安全隱患或許將徹底成為歷史。