手機電池不經用一直是困擾我們的問題，最近美國西北大學一個工程師團隊研制了一種可反復充電的鋰離子電極電池，竟能夠在短短15分鐘內充完電并能夠持續(xù)用上一周！這種技術不僅令充電速度提高了10倍，還能讓電池容量增大10倍。

研究者們主要是結合兩種化學技術，突破了兩個主要的難題：儲電量和充電次數。除了用于手機和ipod，這種新技術還有望用于發(fā)明出效能高、體積小的電動汽車電池。研究者們說，在未來3-5年內，這種電池就可能推向市場。目前關于這項發(fā)明的論文已發(fā)表在《高級能量材料》期刊上。美國能源部的能源前沿研究中心也正在支持這一研究。

鋰離子充電是通過鋰離子在電池內正極和負極兩端之間傳送產生化學反應來完成的，當電池內的能量被使用時，鋰離子就會通過電解液，從正極游向負極。當電池在充電時，它們又會向相反的方向游動。研究人員發(fā)現，電池的充電速度實際上受碳層結構的阻礙：碳層是非常地薄的，只有一個碳原子直徑的厚度，但是碳層邊緣至中心的距離卻比較長。充電時，鋰離子必須先沿著碳層的邊緣游動才能進入碳層中間。正是由于這個過程需時過長，一部分鋰離子可能會因為“交通阻塞”而滯留在碳層邊緣，所以充電時間才會更久。

研究團隊嘗試用硅取代碳。因為硅能容納更多的鋰原子：每個硅原子能容納4個鋰原子。然而，硅在充電的過程中會膨脹擴大，迅速分裂后導致電量流失。他們又嘗試將硅穩(wěn)定住，以此保持最大儲電量，再將硅夾在碳層中間，這樣就能利用硅的靈活性，讓電極中鋰原子的容量增大。

研究人員說：“加入硅了以后，電池能量密度增大，并且由于硅的膨脹特性，也大大減少碳層中能量的流失。”他們還利用化學氧化過程，在碳層中打了一個幾乎微不可見的小孔，命名為“平面間隙”，這樣就為鋰離子進入正極開辟出一條“捷徑”，使電池的充電時間縮短了10倍以上。論文的主要作者哈羅德·H·孔說：“哪怕一年內充電150次以上或是做更多的操作，這種電池仍然比目前市面上的鋰電池能量高出5倍以上。”

但目前這項研究完全是針對電池正極的，研究者們之后還將著手研究負極，以進一步提高電池的效率。他們還對正在發(fā)展中的電解液系統(tǒng)學科進行研究，希望使電池能在高溫環(huán)境中自動停止工作
1. 短路問題  

a.外部短路時，由于外部負載過低，電池瞬間大電流放電。在內阻上消耗大量能量，產生巨  

大熱量。  

b. 內部短路，主要原因是隔膜被穿透(某些鋰離子電池在過充的情況下反應過快的時候，鋰  

離子在負極堆積形成枝晶，刺穿隔膜，形成內部短路。)  

內部形成大電流，溫度上升導致隔膜熔化，短路面積擴大，進而形成惡性循環(huán)。  

2.氣體性的問題  

鋰離子電池內部的有機電解液或聚合物在大電流，高溫的條件下會被電解，電解產生氣體，  

導致內部壓力升高，嚴重會沖破殼體。聚合物電池在使用軟包裝的時候，在內部產生氣體時  

可更早的突破殼體，避免氣體聚集過多，產生激烈漲裂。但聚合物電池并沒有從根本上解決  

安全性問題。  

在大電流和高電壓的情況下，正極鋰的氧化物也會發(fā)生氧化反應，析出金屬鋰，在氣體導致  

殼體破裂的情況下，與空氣直接接觸，導致燃燒，同時引燃電解液，發(fā)生強烈火焰，氣體急  

速膨脹，發(fā)生爆炸。  


目前采取的安全性解決辦法  

電池組的自動斷路器：用完整的BMS 來檢測單體電池，當電池內的溫度上升時，它的阻值  

隨之上升，溫度隨之增加，當溫度較高的時候，BMS 會考慮自動斷開。注意這個問題涉及  

到整車安全和電氣安全之間的妥協(xié)，試想一下汽車在高速公路上開著，而 BMS 檢測到某個  

單體電池溫度過高。那該怎么辦？  

1.單體電池內部常使用 PTC 作為過流保護元件。由于電池內部具有置于正極端子與電極卷  

之間的限流裝置PTC，電池過充時當電解液發(fā)生分解、電池溫度迅速上升時，該裝置開始  

作用并切斷電流。  

2.考慮使用自收縮的陶瓷隔膜，當溫度上升到一定數值時，隔膜上的微米級微孔會自動溶解  

掉，從而使鋰離子不能通過，電池內部反應停止。  

3.采用氣體安全閥，電池內部壓力上升到一定數值時，安全閥自動打開，保證電池的使用安  

全性。