重新设计的电流导线升压锂离子电池效率和安全性

斯坦福和SLAC的科学家重新设计了电流导线 - 薄金属箔，用于从电极分布电流 - 使锂离子电池更轻，更安全，更有效。它们取代了全铜导体，中间，用一层轻质聚合物涂覆在超薄铜（右上右），并在聚合物层中嵌入阻燃剂以淬火火焰（右下）。

向电池的电流收集器添加聚合物和防火使其更轻，更安全，更高效率约为20％。

在一个完全新的方法，使锂离子电池更轻，更安全，更高效，斯坦福大学的科学家和能源部的SLAC国家加速器实验室已经重新发现了最重的­电池组件 - 铜或铝箔片，称为集电器 ­- 所以它们的重量减少了80％，并立即熄灭了火炬的火灾。

如果通过，研究人员表示，这项技术可以解决电池研究的两个主要目标：扩展电动汽车的驾驶范围并减少笔记本电脑，手机和其他装置将突出的危险。当电池充电超快速时，这尤为重要，创造了可能导致火灾的更多类型的电池损坏。

研究团队于2020年10月15日在自然能源中描述了他们的工作。

“目前的收藏家一直被认为是死亡的重量，直到现在，它尚未成功剥削以提高电池性能，”斯坦福大学材料和能源科学研究院的斯坦福和斯坦福和斯坦福和调查员（Simes） ）谁领导了研究。

“但在我们的研究中，将收集器提高80％较轻增加锂离子电池的能量密度 - 它们可以在给定的重量中存储多少能量 - 达到16-26％。这是一个大跳跃，而近年来平均增长的平均增加3％。“

与当今锂离子电池中的集电器相比，由斯坦福和斯塔克科学家设计的新版本使电池更轻，更节能和更安全。它还可以通过用更便宜的聚合物取代铜并通过降低用于回收电池的成本来降低成本。

无论是以汽缸还是袋子的形式，锂离子电池都有两个电流收集器，每个电极。它们分布流入或从电极中流出的电流，并且占一些大功率或超薄电池的重量的15％至50％。在其自身上是可取的，使得较轻的装置能够降低电池的重量重量的电动车辆必须横向凸出;每种给定重量存储更多的能量允许两个设备和EV在收费之间延长。

崔说，降低电池重量和易燃性也可能对再循环电池的运输提供了很大的影响。

电池行业的研究人员一直试图通过使它们更薄或更多孔来减少流量的收集器的重量，但这些尝试具有不必要的副作用，例如使电池更脆弱或化学上不稳定或需要更多的电解质，这提高了成本崔生叶士表示，崔立实验室的博士·叶，崔开学研究员与访问学者拉恩扬钊进行了实验。

就安全问题而言，他说，“人们也试图向电池电解液添加阻燃剂，这是易燃部分，但你只能在变得粘稠之前加入很多，不再良好地进行离子。”

在斯坦福和斯特克斯的一项研究中，用当今商业集电器（顶行）制造的锂离子袋电池在暴露于开放式火焰时起火并剧烈燃烧，直到所有电解质烧掉。带有新的阻燃收集器（底行）的电池产生了几秒钟内出现的弱火焰，即使科学家试图让他们也要再次爆发。

在头脑风暴出现问题后，崔，叶和研究生张源刘设计了基于称为聚酰亚胺的轻质聚合物制造和测试电流收集器的实验，这抵抗着火并掌握了通过快速充电产生的高温。将磷酸­三苯基或TPP嵌入聚合物中，然后用超薄铜层涂覆在聚合物上。铜不仅可以进行分配电流的常用工作，还可以保护聚合物及其阻燃剂。

与当今的版本相比，这些变化将当前收集器的重量减少了80％，而YE表示，它转化为各种类型的电池中的能量密度增加16-26％，并且它对常规收藏家进行电流和没有降解。

当从打火机上暴露在打开的火焰时，用今天的商业集电器制造的袋子电池引起了火灾并剧烈燃烧，直到所有电解质烧掉，叶说。但在电池与新的阻燃收藏家的电池中，火从来没有真正走过，在几秒钟内产生非常弱的火焰，即使科学家试图愿意，也没有爆发。

Cui表示，这种方法的大量优势之一，是新收藏家应该易于制造，也是更便宜的，因为它用廉价的聚合物取代了一些铜。因此，将其扩展为商业生产，他说，“应该是非常可行的。”研究人员通过斯坦福州专利申请了专利，CUI表示他们将联系电池制造商探索可能性。

参考：“超级和灭火的电流收集者为高能和高安全锂离子电池”由Yusheng Ye，Lien-Yang Chou，Yayuan Liu，Hansen Wang，Hiang Kwee Lee，Wenxiao Huang，Jiayu Wan，Kai Liu，Guangmin周，玉福杨，安坤杨，鑫晓，鑫高，大卫托马斯博伊尔，郝辰，温博张，桑开丁香和义翠，10月15日2020年，自然能源.DOI：
10.1038 / s41560-020-00702-8

该工作得到了DOE的能效和可再生能源办公室，车辆技术办公室在锂离子电池（XCEL）计划的极端快速充电电池评估下。