“太空润滑剂”如何解决锂电池易燃特性

那些不看好电动汽车的人，常为其冠以“移动炸弹”这样的称号。的确，电动汽车搭载的动力电池大多都是锂离子电池，其热稳定性较差，如果没有良好的电控系统，那将成为道路上极大的安全隐患。除了电动汽车以外，消费电子产品所使用的锂电池同样有易燃特性，虽然出厂前已经过安全检测，但诸如手机电池爆炸之类的新闻还是经常见诸报端。

近日，来自美国北卡罗来纳大学教堂山分校（UNCChapelHill）的研究人员，在试验一种叫做全氟聚醚（Perfluoropolyether）的聚合物时，发现该物质能够与锂盐溶解，这意味着可以在电池中实现导电的特性。研究人员DominicaWong解释：“大多数的聚合物不会与盐类溶解，但这种物质可以。”最关键的是，它没有易燃性。

全氟聚醚，简称PFPE，是一种常温下呈液体的聚合物，几十年来都被用作太空机械元件的润滑剂，具有极好的热、氧化稳定性。为什么说PFPE聚合物能够大大提高锂电池的热稳定性呢？这得先来简单了解下锂电池的放电原理，即锂离子从负极移向正极。然而手机、笔记本以及电动汽车上的电池除了放电还要进行充电，所以还需要电解质才行。在锂电池中，电解质一般都是富离子的聚酸二乙酯（DMC）。

锂电池之所以不稳定，原因就在于DMC，这种物质即便在常温下也易燃。研究小组的负责人JosephDeSimone直接表示：“它们（DMC）就是汽油的近亲。”所以，电动汽车在遭受撞击时，即便起火点不在电池，那么电池也很容易被引燃，从而让整台车成为一个“反应堆”。所以，如果能让PFPE代替DMC成为电解质，理论上电池的稳定性会大大提高。事实上，DeSimone的团队确实做到了。他们把PFPE与DMC进行了融合，共同作为锂电池的电解质，发现不仅电池的热稳定性大大提高，同时导电效率也大大提升。

例如，TeslaModelS所采用的18650电池的离子迁移数一般为0.2，而以PFPE做电解质的电池在这个指标上则可以达到0.91。简单说明下这其中的道理：离子迁移数是衡量电解质性能的参数之一，该数值越接近1.0，说明锂电池的比能量和比功率越高。总之，0.91对比0.2，说明PFPE做电解质的锂电池在导电效率上是近乎完美的。

DeSimone还特意拿锂-空气电池来说明问题。作为锂离子电池中能量密度最高的一种电池，锂-空气电池有一个瑕疵就是普通电解质与氧气并不兼容，而PFPE很有可能帮助解决这一问题。这样一来，能量密度与汽油同一水平的锂-空气电池离它的实用化将更进一步。关于这种电池的技术原理，读者可以参照我们之前的一篇文章。

那么PFPE电解质的电池在热稳定性上究竟有怎样的表现呢？研究人员对其进行的测试表明：这种电池能够承受-90℃至200℃的温度区间。对于电动汽车的动力电池来说，这样的表现绰绰有余。而一般的锂离子电池的温度承受范围是-20℃至60℃，并且随着温度过低、过高，其导电能力会大打折扣。

虽然离商用还有很长一段距离，但PFPE电解质电池至少向我们证明了一点：电动汽车的电池热稳定性和导电性能，是可以完全可以找到解决方案的。