采用半液態金屬負極有助于制造更安全的高能金屬鋰電池

卡內基梅隆大學梅隆科學學院和工程學院的研究人員開發了一種半液態鋰金屬負極，代表了電池設計的一種新模式。采用這種新型電極制備的鋰電池或許比采用傳統鋰箔作為負極的鋰金屬電池容量更大并且更安全。華納大學卡內基梅隆分校自然科學教授Krzyszt表示，在鋰離子電池中將金屬鋰作為負極，理論上比石墨負極電池具有更大的電池容量。關鍵是確保制造的電池要安全。他們建議將目前電池中使用的揮發性液體電解質用固體陶瓷電解質代替作為解決方案。這些陶瓷電解質具有很強的導電性、不燃燒并且足以抵抗枝晶。然而，研究人員發現，陶瓷電解質與固體鋰負極之間的接觸不足以儲存和供應大多數電子產品所需的電量。

卡內基梅隆大學化學系的博士生李思培和材料科學與工程系的博士生王漢培，通過創造一類可用作半液態金屬負極的新材料來克服這一缺點，通過與理學院的Matyjaszewski等合作，創造了一種雙導電聚合物/碳復合材料基質，其鋰微粒均勻分布其上。基質在室溫下仍然可以流動，因此能夠與固體電解質充分接觸。

半液態鋰金屬負極與石榴石固體陶瓷電解質相結合，電池的電流密度比固體電解質和傳統鋰箔負極的電流密度高10倍。這種電池的循環壽命也比傳統電池長得多。這一新的制造方法造就了鋰金屬電池負極，相比普通鋰金屬，其流動性具有良好的安全性和使用性能。采用這樣的新材料或許令可充電鋰電池產生質的飛躍。研究人員相信，他們的方法或許意義深遠。例如，可以用于電動汽車及可折疊設備上特種高容量電池的制造。此外，他們相信這種方法可以擴展到鋰以外的其他可充電電池系統，包括金屬鈉電池和鉀電池，并可能用于電網級儲能。