固态锂电池又迈出了一小步

在固态锂电池成为主流之前，这只是时间问题和更多研究。锂离子电池已成为从手机和个人电子产品到电动汽车(EV)以及在电网上支持可再生能源等各种产品的首选解决方案。但锂离子电池通常使用碳石墨阳极(负电极)在充电期间储存锂离子并在放电期间释放锂离子。石墨阳极只能储存如此多的锂离子，限制了电池可以储存的能量。

可以用金属锂制造阳极，这使得电池的容量是使用石墨阳极的锂离子电池的两到三倍。当在阳极表面上用锂金属锂阳极晶体充电电池时会出现问题，并且对于能够生长足够大以分离隔板并在阴极上短路的尖刺针状枝晶(正电极)会出现问题。。这可能导致电池过热甚至着火。Amphenol正弦系统ATVSeries?重载连接器具有18位腔体布置，耐用的热塑性外壳，法兰安装或直列式功能，用于配合的集成闩锁和一体式界面密封。

金属电极和电解质之间的区域称为固体电解质中间相(SEI)。SEI的稳定性对电池性能具有显着影响，因为电池锂电极表面上的盐层可以使其与传导电子隔离，同时允许锂离子传导。

商用锂离子电池使用液体电解质以允许锂离子在阳极和阴极之间流动。但是当与金属锂阳极一起使用时，这种液体电解质很少或没有能力限制枝晶生长。SEI可能变得不稳定并进一步增强枝晶生长。因此，正在研究开发一种固体或半固体电解质，该电解质将允许锂离子容易地通过它，同时还限制或防止在充电阶段锂枝晶生长。

宾夕法尼亚州立大学机械与化学工程教授王东海说：“这就是为什么锂金属电池不会持续更长时间-相间增长并且不稳定的原因。”宾夕法尼亚州立大学开发出一种新的固体聚合物电解质，其SEI减少了枝晶的形成。“在这个项目中，我们使用聚合物复合材料来创造更好的SEI，”王在宾夕法尼亚州立大学新闻发布会上说。

该项目由化学博士生岳高领导，增强的SEI生产电解质是由聚合锂盐，氟化锂纳米粒子和氧化石墨烯片组成的反应性聚合物复合物。这种固体电解质的构造具有这些材料的薄层，由宾夕法尼亚州立大学EvanPugh大学化学教授ThomasE.Mallouk开发。

“实现稳定的锂界面需要大量的分子水平控制，”Mallouk说。“悦和东海设计的聚合物能够与锂金属表面形成爪状键合。它以无源方式为锂表面提供所需的能量，使其不会与电解质中的分子发生反应。纳米片在复合材料中起到机械屏障的作用，防止树枝状晶体从锂金属中形成。“

使用化学和工程设计使该技术能够以原子尺度控制锂表面。“当我们设计电池时，我们不一定像化学家一样思考，一直到分子水平，但这就是我们在这里需要做的事情，”Mallouk说。

反应性聚合物还降低了重量和制造成本，进一步增强了锂金属电池的未来。“通过更稳定的SEI，可以将现有电池的能量密度提高一倍，同时使其寿命更长，更安全，”王说。

随着全球大学，所有主要电池制造商以及丰田，宝马和新成员Fisker等汽车公司的大量研究，固态锂电池有望在2025年后的某个时候开始大规模商业化生产。宾夕法尼亚州立大学的研究正在推进知识基础，最终将这种新电池技术推向主流。

高级编辑凯文克莱门斯30多年来一直在撰写有关能源，汽车和交通主题的文章。他拥有材料工程和环境教育硕士学位以及机械工程博士学位，专攻空气动力学。他在他的工作室里建立了几个关于电动摩托车的世界陆地速度记录。