锂离子电池应用广泛，手机、电动汽车乃至最近风行的电动滑板车，锂离子电池都是其中储能的核心部件。但是锂离子电池也有严重的问题，在某些情况下会因为过热而起火，有时甚至会酿成人员伤亡的惨剧。

不过，最近材料科学界的两个华人大牛，斯坦福大学“双子星”鲍哲南（Zhenan Bao）教授和崔屹（Yi Cui）教授携手合作，在《Nature Energy》上报道了一种很有潜力的新技术，成本低，可有效防止锂电池过热。他们在传统的锂离子电池中增加了一个热敏高分子聚合物薄膜“开关”材料，如果电池温度过高就会迅速“掐断”电池内的电路，使之降温；一旦温度降至正常，该聚合物薄膜也恢复正常状态，让电池重新工作。（Fast and reversible thermoresponsive polymer switching materials for safer batteries. Nature Energy, 2016, DOI: 10.1038/nenergy.2015.9）

鲍哲南教授和崔屹教授。图片来源：Stanford University

普通的锂离子电池包含两个电极，而液体或胶状的电解液在两个电极之间传递电荷。因此，对电池的撞击、短路和过度充电都会导致发热。如果温度超过150度，那么电极就会着火，甚至引起爆炸。

此前已有多种技术被用于防止电池起火，例如在电解液中加入阻燃剂。2014年，斯坦福大学材料科学与工程副教授崔屹发明了一种“智能”电池，在过热情况下能发出告警。

作为论文的联合作者，崔屹表示：“不幸的是，这些技术不具有可逆转性，因此电池在过热后将无法再提供功能。很明显，尽管已有过许多尝试，但电池安全性仍是人们担心的问题，并需新的解决方法。”

为了解决这一问题，崔屹、鲍哲南，以及博士后研究员陈政(Zheng Chen，音)开始关注纳米技术。鲍哲南近期发明了一种可穿戴传感器，能监控人体温度。这一传感器由塑料材料制成，其中嵌入了突出于表面的纳米级镍颗粒。

在进行电池试验时，研究人员用石墨烯包裹镍颗粒，并将颗粒嵌入至弹性聚乙烯薄膜中。

聚乙烯薄膜嵌有石墨烯涂覆的镍纳米粒子。图片来源：Nature Energy, DOI: 10.1038/nenergy.2015.9

该研究小组将这种塑料薄膜嵌入到常规的锂离子电池中，在正常的工作温度下，电流很容易通过薄膜，电池可以正常充电和放电。但是当电池的温度升高到70℃时，膜中的聚乙烯开始膨胀，推动镍纳米粒子彼此分开，如此以来，薄膜的导电性在短短的1秒之内降低了1000亿倍，电池中的电荷移动停止，从而使电池的温度下降。

更重要的是，当电池温度低于70℃时，这种聚合物可以很轻松的恢复到原来的构型，导电性也恢复正常，从而电池的功能也恢复了。

鲍哲南表示，通过调节颗粒的数量，以及选择不同的聚合物薄膜，这一阈值温度可以改变，例如设置为50度或100度。

为了测试这种新材料的稳定性，研究人员使用热风枪对其进行重复的加热。结果显示，电池每次都能在正确的温度做出响应。崔屹表示：“与此前的方法相比，我 们的设计带来了更可靠、速度更快、具有可逆转性的方法，既能保证良好的电池性能，也能改善安全性。这一技术有着很好的实际应用前景。”

防止电池过热“这个看起来比较实用，”加州劳伦斯伯克利国家实验室的化学工程师和电池专家Vincent Battaglia说。不过，他也指出，这一方法迄今只是在电池的正常工作电压水平条件下，如果出现事故使电压增加，这种塑料绝缘层就会变成电阻，这可能继续增加电池内部的热量，最终仍可能因此着火。

然而，Battaglia也说，“如果这种方法真的有用，这就是一个不错的主意。”而这个主意甚至可能挽救生命。

1. http://www.nature.com/articles/nenergy20159

2. http://www.sciencemag.org/news/2016/01/cheap-plastic-film-prevents-batteries-catching-fire

————引自“和讯网”