锂离子电池（LiBs）是目前全球应用最广泛的可充电电池，为无数便携式电子产品以及混合动力和电动汽车提供动力。尽管锂离子电池相比其他可充电电池具有显著优势，尤其是在能量密度方面，但工程师们一直在努力进一步提升其稳定性、安全性和耐久性。
据外媒报道，香港中文大学（Chinese University of Hong Kong）的研究人员近期提出了一种设计新型锂离子电池电解液的极具前景的策略。他们运用这一策略（相关论文发表于期刊《Nature Energy》）开发出一种新型电解液，不仅能够提高高压锂离子电池的耐久性，还能降低过热和起火的风险。
图片来源： 香港中文大学
“这项研究的灵感源于一个简单却常被忽视的想法，”论文资深作者Yi-Chun Lu表示。“大多数电解质研究都侧重于电化学行为——离子如何移动和反应——但所有化学反应都伴随着热量的吸收或释放，这是我们在基础化学中都学过的。这让我们不禁思考：如果我们从热学的角度来研究电池反应会怎样呢？毕竟，热量的产生和积累是电池诸多安全问题的核心所在。”
当锂离子电池内部温度显著升高时，电池可能会起火甚至爆炸。作为近期研究的一部分，Lu教授及其同事致力于深入了解电化学反应与电池发热之间的关联，因为这有助于他们设计更安全、更稳定的电池。
“我们研究的驱动力在于从化学层面解决热安全问题，”Lu教授解释道。“在电池研究中，优化一个参数往往会以牺牲另一个参数为代价。这有点像跷跷板：一端的改进往往会导致另一端倾斜。当我们追求更高的性能时，安全性常常会受到影响，反之亦然。我们的想法是打破这种长期存在的权衡取舍。”
利用两种溶剂打造更安全的锂离子电池
为了提升电池性能，能源工程师通常会研究电池各组分在室温下的化学反应。相比之下，为了提高电池安全性，他们则致力于防止各组分在高温下发生不良反应。
Lu及其同事近期研究的主要目标是设计一种在不同温度下表现出不同特性的电解液，使其在室温下保持稳定，同时又能防止电池在高温下起火。为了实现这一目标，他们混合了两种不同的溶剂——这些溶剂能够溶解锂离子电池中的锂盐并释放出具有不同性质的离子。
“随着温度升高，一种溶剂会像接力赛一样有效地将锂离子‘传递’给另一种溶剂，从而使电解液的结构和反应活性随温度变化，”Lu说道。“我们将这种溶剂接力电解液注入到商用干电池中，并将其与使用商用碳酸酯基电解液的电池进行了比较。”
