目前的鋰離子電池都由易燃和可燃材料制成，很容易發(fā)生災(zāi)難性的火災(zāi)和爆炸事件，其中大多數(shù)是沒有任何可辨別的警告就突然發(fā)生了。由于具備危險性，三星Galaxy Note7手機就被禁止在飛機上使用，海軍也禁止在船上和潛艇上使用電子煙，以減輕此類易燃設(shè)備的危險性。

而隨著此類電池已經(jīng)逐漸成為便攜式電子設(shè)備、電動汽車和電網(wǎng)存儲等應(yīng)用的首選儲能工具，因而能夠提升其安全性將標志著鋰離子電池生產(chǎn)和使用方式的重大轉(zhuǎn)變。

最近，在《化學(xué)通訊》雜志上，由APL研究和探索開發(fā)部的Konstantinos Gerasopoulos領(lǐng)導(dǎo)的研究小組公布了發(fā)現(xiàn)：一種新型water-in-salt(WiS)和water-in-bisalt(WiBS)電解質(zhì)，當與聚合物基質(zhì)合并，可以減少水的活動，提高電池的能量，延長其生命周期，同時消除目前鋰離子電池中易燃、有毒、高活性的溶劑。研究人員表示，該種電解質(zhì)是一種安全、強大的替代品。

APL高級研究科學(xué)家兼首席研究員Gerasopoulos表示：“從手機到汽車，鋰離子電池已經(jīng)成為日常生活中的常見品，繼續(xù)提高其安全性對進一步促進儲能技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。自20世紀90年代初期，鋰離子電池實現(xiàn)商業(yè)化以來，其形狀因數(shù)都沒有發(fā)生太大的變化，我們還是采用相同的圓柱形或菱形電池芯，其中的液體電解質(zhì)和所需的密封包裝與此種形狀有莫大的關(guān)系。”

“我們研究小組致力于采用一種安全性和形狀因數(shù)都得到改進的聚合物替代易燃的液體電解質(zhì)，而且最近的論文表示，基于水的柔性聚合物鋰離子電池可以在露天環(huán)境下制造和操作，而且其可用性和性能都得到了改善。”

在新研究中，團隊克服了液態(tài)WiBS電解質(zhì)的限制。由于存在水，液態(tài)WiBS電解質(zhì)本質(zhì)上是安全的，但是其能量有限，與大多數(shù)商用陽極材料無法兼容。研究人員研發(fā)了“穩(wěn)定的、基于WiBS的水性凝膠聚合物電解質(zhì)(GPEs)。在WiBS存在的情況下，研究人員通過UV介導(dǎo)，聚合水溶性丙烯酸酯從而制成此種電解質(zhì)。”

科學(xué)家們證明，UV固化工藝以及在聚合物中集成WiBS可改善游離水的滯留性，而滯留性將由該聚合物負責(zé)協(xié)調(diào)，從而可以提升其電化學(xué)穩(wěn)定性。研究人員表示：“我們首次證明，目前市場上廣泛使用的低成本陽極納米級鈦酸鋰(Li4Ti5O12，LTO)可用于水性聚合物鋰離子電池，而且能夠可靠地循環(huán)100多次。”

2017年，研究人員曾研發(fā)出具突破性的柔性電池，此次研發(fā)的新型聚合物電解質(zhì)進一步提升了此種電池的損傷容限。

Gerasopoulos表示：“第一代柔性電池在尺寸上不如我們現(xiàn)在制造的電池那樣穩(wěn)定。我們研發(fā)的UV固化聚合物是一種獨立、機械強度高的薄膜，類似于隱形眼鏡。此類電池就算完全暴露在空氣中，都可以連續(xù)工作幾天。而且可以燒、切割它們，或者以其他方式對它們施加壓力，它們也仍然可以工作。”

“我們成功提高了GPE的機械強度和電化學(xué)穩(wěn)定性，能夠?qū)⒋朔N新型過飽和水凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)從概念驗證過渡至實際應(yīng)用。”

APL材料科學(xué)項目區(qū)域主管Jeff Maranchi表示：“我們的團隊在不斷提高柔性鋰離子電池的安全性和性能，而且我們希望在一年內(nèi)能夠?qū)⒃撔卵芯哭D(zhuǎn)變成原型。”