傳統的電解液鋰電池，面臨著燃燒，爆炸等諸多安全隱患。蘇黎世聯邦理工學院的研究人員，開發(fā)了一種完全由固體材料組成的鋰離子電池，不含任何液體或者膠體。即使在高溫下，這種電池不會引起燃燒，安全性比傳統電池更佳。同時，它也帶來一種嶄新的電池設計形式。

鋰離子電池的安全問題

鋰離子電池，已成為諸多智能硬件和移動電子設備的能量來源，例如：智能手機，可穿戴設備，平板電腦，電動自行車，電動汽車等等。但是，由于鋰離子電池的電解液，為可燃性液體，在高溫條件下，可能引起燃燒，甚至發(fā)生爆炸。

關于，鋰電池的安全事故，特別是引起的爆炸事故，已有很多案例。比如，在生產領域，生產鋰電池的工廠發(fā)生起火或者爆炸。然而，在消費者領域，案例則更多，特斯拉電動車自燃，小米移動電源爆炸，蘋果三星手機充電時爆炸，消費者使用電子煙發(fā)生爆炸，聯想和尼康由于鋰電池問題發(fā)生召回。

傳統鋰電池安全事故頻發(fā)新型固態(tài)電池安全性更佳

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傳統鋰電池燃燒爆炸的主要原因

在傳統的鋰離子電池，和大多數其他類型的電池中，正負極兩個電極，由固態(tài)導電的化合物組成，然而這些電極之間的卻是液體或者膠體的電解質，電荷在其中移動。如果，充電方式不正確（過量充電），或者放在陽光下暴曬，液體可能會被點燃，膠體則會發(fā)生膨脹。由于傳統鋰電池的電解液為有機液體，在高溫下發(fā)生副反應，氧化分解，產生氣體，發(fā)生燃燒的傾向都會加劇，所以引起爆炸。

解決鋰電池這些安全隱患，除了在生產設計方面加以改進，提供保護電路和保護解決方案，還有就是使用時注意正確的方法，避免可能引起事故的情況。另外，尋找傳統液體電解液鋰電池的替代產品，即固態(tài)鋰電池，也是一個很好的解決方案。

固態(tài)電池耐高溫不易燃

然而，固態(tài)電池卻沒有這種情況。在固態(tài)電池中，所有電極和其間的電解質都由固體物質制成。蘇黎世聯邦理工學院電化學材料專業(yè)教授，這種新型電池開發(fā)的領導者JenniferRupp，認為：“固體電極，即使被加熱到很高溫度，或者暴露在空氣中，也不會著火。”

固態(tài)電池面臨的挑戰(zhàn)

然而固態(tài)電池的開發(fā)，面臨著許多挑戰(zhàn)，其中一個便是：提供連接電極和電解的接口，使得電荷流通時的電阻盡可能小。

研究人員的應對方案

目前，研究人員開發(fā)了一種改良的電極和電解質之間的接口。在實驗室中，他們構建了一種三明治一樣的電池，中間是一層含有鋰的化合物（鋰石榴石），作為兩個電極之間的固態(tài)電解質。鋰石榴石是一種對于鋰離子具有最強導向性的材料。

傳統鋰電池安全事故頻發(fā)新型固態(tài)電池安全性更佳

根據Rupp研究小組的研究生，研究的其中一位作者，JanvandenBroek的說法：生產過程中，研究人員確保固態(tài)電解質層具有多孔表面，然后以一種粘性的形式應用負極材料，讓它可以滲入孔中。

最后，研究人員將電池溫度調到100攝氏度。在液體或者膠體電解液中，根本不可能加熱到這個溫度。由于孔的功能，研究人員顯著地擴大了負極和固態(tài)電解質之間的接觸面積，最終使得電池充電速度更快。

此款固態(tài)電池的優(yōu)勢和應用

關于這種固態(tài)電池優(yōu)點，Rupp和其研究小組中之前的科學家，土耳其伊茲密爾技術研究所教授SemihAfyon，進行了一些評論。

高溫條件下性能好

通過這種方法制造的電池，理論上可以在標準的環(huán)境溫度下工作，但是，在目前的研發(fā)狀態(tài)下，他們最佳的工作溫度在95攝氏度以上。這樣，鋰離子可以在電池中更好的流動。

這種特性，可以用于蓄電池儲能發(fā)電機。它可以存儲過剩能量，然后需要時再釋放。如今，很多工業(yè)流程都會產生過剩熱量，通過將這種蓄電池發(fā)電機和工業(yè)設施相結合，可以在理想的溫度下，將浪費的熱能存儲到蓄電池中。

新型薄膜電池

由于電解質的“固態(tài)”，人們不僅可以在更高的溫度下運行電池，還可以構建薄膜電池，直接放置在硅芯片上。這些薄膜電池，厚度小，可彎曲，制造工藝簡單，成本更低，效率更高，將徹底改變便攜式移動設備的能量存儲方式。

此項研究的意義

如今，許多的固態(tài)電池研究項目，集中于提高電解質性能。然而，很少有像這項研究這樣，制造了“完全固態(tài)”的電池，并且使用工業(yè)化生產中使用的辦法，進行了測試。

在這項研究中，研究人員首次，通過鋰石榴石電解質和基于氧化物材料的固態(tài)負極，構造了完整的鋰離子電池。這樣，他們展示了利用鋰石榴石，構建整個電池的可行性。

未來展望

固態(tài)電池，具有高效能，輕薄且柔性好，安全性好等等優(yōu)勢。Rupp和她的團隊，將在未來的研究中進一步構建薄膜電池。

最后，他們將也和保羅謝勒研究所，以及瑞士聯邦材料測試和研究實驗室，緊密合作。下一步的重要任務，就是進一步提高電極和電解質接口的導電性，對電池性能進行優(yōu)化。