拒絕自燃 全固態(tài)薄膜鋰電池或開辟新未來

　　不知從什么時候起，手機成了大家越來越離不開的“伙伴”。一朝手機沒電，頓覺抓耳撓腮不知所措，有被遺棄在密林深處，被隔離在世界之外的感覺。手機的能量哪里來？主要是鋰離子電池，老百姓俗稱“鋰電池”。

　　目前用到鋰電池的地方很多，除了不離身的手機，常用的iPad、相機、筆記本電腦等都需要它提供能量，再往大物件說，時尚環(huán)保的電動汽車、航空發(fā)動機的啟動等都需要在它的幫助才能“動”起來。鋰離子電池在我們的生活中充當著重要角色，如果有一天，鋰電池選擇集體“罷工”，或許我們會生出各種不自在，像犯了煙癮一樣的難耐。

　　雖然集體“罷工”的可能性不大，但若使用不當，其內(nèi)部的有機電解液偶爾“鬧脾氣”引起安全事故倒是有的。如曾經(jīng)出現(xiàn)的鋰電池在飛機貨倉起火的事故就是氣壓變化導(dǎo)致電解液泄漏所致。飛機在萬米高空飛行時，貨倉中只有0.1個大氣壓（地上是1個大氣壓），這使得鋰電池內(nèi)外壓差過大，出現(xiàn)電池破殼、電解液泄漏，甚至發(fā)生自燃。這也是為什么乘坐飛機時鋰電池需要隨身攜帶的原因（客艙會采取增壓處理）。最典型的鋰電池故障案例是被冠以“最安全”的波音787客機在2013年1月因作為主電池和輔助動力電池的鋰電池電解液漏液等原因起火而停飛3個月，使公司信譽受損。那如何消除鋰電池這些安全隱患，才能讓人們用得放心、舒心呢？全固態(tài)薄膜鋰電池或許是解決現(xiàn)有問題的不錯選擇。全固態(tài)鋰離子電池按電解質(zhì)種類分為聚合物型、硫化物型、薄膜型。這里主要介紹薄膜型全固態(tài)鋰電池。

　　全固態(tài)薄膜鋰電池與現(xiàn)有鋰電池的工作原理相同，最主要的區(qū)別是電池中沒有有機電解液，取而代之的是固體的像紙一樣的薄膜電解質(zhì)，徹底解決了電解液泄漏的安全隱患。薄膜鋰電池主要由固態(tài)的基片和基片表面的固態(tài)功能薄膜層構(gòu)成，功能薄膜層包括電流收集極、正極、電解質(zhì)、負極和封裝保護膜，厚度僅10μm。充電時，正極析出的Li+經(jīng)過電解質(zhì)傳導(dǎo)到負極，在負極Li+與通過外電路達到的電子復(fù)合，形成沉積在負極表面的Li原子。放電時過程相反，Li+做反方向運動經(jīng)電解質(zhì)嵌入正極晶格。因在充放電過程中Li+在正負極兩端“搖擺”，鋰電池也常被稱為“搖擺椅電池”，我更愿意把Li+想象成如特立獨行的小魔女騎著魔法掃帚在正負極穿梭。

　　全固態(tài)鋰電池除安全性較傳統(tǒng)鋰電池優(yōu)越外，還兼具其他優(yōu)點。比如

　　（1）能量密度（單位體積儲存的能量）高，倍率性能好（可以簡單地理解為大電流充放電，大電流充電的好處是充電速度快，如我們現(xiàn)在常用鋰電池的充電電流為2.1A，其充電速度比原來1.0A的鋰電池快很多），自放電率（能量偷偷跑掉的缺點）更低，充放電循環(huán)壽命更長，最長可達45000次（以一年365天每天充10次電計算，可以使用12年以上，設(shè)備壞了電池還好好的），并保存95%的初始容量，而普通鋰電池一般在1000次循環(huán)后容量就會降到初始時的80%。

　?。?）可以在更為苛刻的環(huán)境下使用，如耐高低溫能力更強，在低溫-40℃、高溫150℃下性能良好，從而可用于半導(dǎo)體工業(yè)中的高溫探測器、石油勘探和空間探測。

　　（3）薄膜電極電勢均一，電極局域過充、過放電的風(fēng)險小。

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