幫鋰離子電池加裝「溢洪道」，有效避免失控連鎖反應

作者 Daisy Chuang | 發布日期 2020 年 04 月 06 日

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目前許多科學家正絞盡腦汁想提高鋰離子電池的安全性，致力降低電池過熱爆炸風險，這時候，他們首先要解決的頭號難題為充放電過程中生成的「鋰晶枝問題」，對此，加州大學聖地牙哥分校（UCSD）已透過「溢洪道」概念，有效防止失控反應。

鋰離子電池備受歡迎，與傳統的電池技術相比，鋰電池充電速度更快、續航力更久，並且具有更高的功率密度。手機之所以能小巧輕便，體積小高功率的鋰電池功不可沒，只是鋰電池並非完美無缺，隨著充放電次數增加，電極會形成尖刺樹枝狀的鋰晶枝，最終將長到足以刺穿減緩電流和熱量的隔離膜，使電池內部短路，縮短使用壽命。

而抑制鋰晶枝的方法有許多種，包括利用電解質添加劑、多維立體電流收集器、隔離膜表面改質等方法，但都有處理程序複雜及循環壽命效果不佳等問題，為此現在科學家也有提出新方法，像是用超音波或特殊保護層來防止晶枝生長。

對此 UCSD 團隊則帶來另一種方法，決定微調電池的隔離膜。鋰離子電池主要由兩個電極，電極之間的電解質與隔離膜組成，離子首先會從鋰陰極（正極）出發，經過電解質與隔離膜最後抵達石墨陽極（負極）。

團隊將導電奈米碳管附塗在隔離膜上，當枝晶形成並刺穿隔離膜時，電子就會聚集在奈米碳管上，緩慢地從電池釋出，這種方法就如同避免水壩潰堤的「溢洪道」一樣，藉由宣洩超過水庫容量的水，避免水溢頂破壞水壩。

論文的第一作者 Matthew Gonzalez 表示，新型隔離膜會緩慢地排出過多的電荷，同時還可防止電子「溢出」到陰極那一側，當它攔截到鋰晶枝時，電池會開始自放電，因此電池短路時就不會有足夠的能量爆炸。

在測試中，裝有全新隔離膜的鋰電池劣化過程是緩慢且漸進式，在充放電 20 到 30 次內慢慢退化，但若是採用傳統隔板，電池可能會在某一循環中突然壞掉。團隊表示，過去電池爆炸之前，不會有任何的警告，可能前一秒還很正常，下一秒鐘就起火，這是完全無法預測的，採用新型隔離膜就會有預先警示。