石墨烯包裹鋰電池陰極可以防止電池起火嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-11 16:32
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鋰電池起火的原因在于電池快速循環(huán)或充放電，以及電池內(nèi)積聚的高溫。上述情況會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部的陰極（大多數(shù)情況下，陰極都是含有鋰的氧化物，通常是鋰鈷氧化物）分解并釋放氧氣。而電解質(zhì)在高溫下會(huì)分解釋放出易燃品，如果氧氣與此類易燃品相結(jié)合，就會(huì)發(fā)生自燃。
伊利諾伊大學(xué)芝加哥工程學(xué)院機(jī)械和工業(yè)工程副教授兼該論文的通訊作者Reza Shahbazian-Yassar表示：“我們認(rèn)為，如果有一種方法，可以防止陰極釋放的氧氣與電池內(nèi)其他易燃品相結(jié)合，我們就可以降低起火的可能性。”
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石墨烯材料就是完美的解決方案，石墨烯是一種具有獨(dú)特性質(zhì)的超薄碳原子層。Shahbazian-Yassar與他的同事以前曾使用過(guò)石墨烯調(diào)節(jié)鋰金屬電池電極上積聚的鋰。
Shahbazian-Yassar與他的同事都知道，氧原子無(wú)法從石墨烯片中滲出。此外，石墨烯還具有強(qiáng)度高、柔韌性好、可導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)。他們認(rèn)為，如果用石墨烯將鋰電池的鈷酸鋰陰極小顆粒包裹起來(lái)，就可能阻止氧氣逸出。
首先，研究人員用化學(xué)方法改變了石墨烯，使其具有導(dǎo)電性。接下來(lái)，他們將鈷酸鋰陰極電極的微小顆粒包裹在導(dǎo)電的石墨烯中。當(dāng)研究人員使用電子顯微鏡，觀察被石墨烯包裹的鈷酸鋰顆粒時(shí)發(fā)現(xiàn)，與未包裹石墨烯的顆粒相比，在高溫下，釋放的氧氣明顯減少。
接下來(lái)，研究人員將被石墨烯包裹的顆粒與粘合材料相結(jié)合，形成了一個(gè)陰極，集成至鋰金屬電池中。當(dāng)研究人員測(cè)量電池循環(huán)過(guò)程中氧氣釋放情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，即使在非常高的電壓下，也幾乎沒有氧氣從陰極中逸出。即使在200次充放電循環(huán)之后，鋰金屬電池的表現(xiàn)仍然很好。
Sharifi-Asl表示：“與傳統(tǒng)的鋰金屬電池相比，陰極包裹了石墨烯的電池在快速循環(huán)后僅損失了約14%的容量，而在相同條件下，傳統(tǒng)鋰金屬電池的性能下降了約45%”。
Shahbazian-Yassar表示：“石墨烯是阻止氧氣進(jìn)入電解質(zhì)的理想材料。該材料不透氧、可導(dǎo)電、具柔韌性，強(qiáng)度高，能夠承受電池內(nèi)部條件。而且其只有幾納米厚，因此不會(huì)額外增加電池的質(zhì)量。我們的研究表明，在陰極中使用石墨烯可減少氧氣的釋放，可能是將電池起火風(fēng)險(xiǎn)顯著降低的一種方法，而此類電池為手機(jī)和汽車提供動(dòng)力”。
