美开发新型聚合物材料 促进电池自愈和循环利用

（图源：Illinois官网）

锂离子电池很容易出现内部短路现象，造成电解液燃烧，发生爆炸和火灾。据外媒报道，伊利诺伊大学（University of Illinois）的工程师，开发出一种固体聚合物电解质，帮助制造商生产可循环、自我修复的商用电池。这种电解质在受损后可以自我修复，而且可在不使用刺激性化学物质或高温情况下循环利用。

锂离子电池经过多次充放电循环后，会形成微小的锂枝晶，使电池寿命缩短，出现热点和短路。有时锂枝晶还会变大，刺穿电池内部，导致电极和电解液之间发生爆炸性的化学反应。

研究人员说，化学家和工程师们一直希望用陶瓷或聚合物等固体材料，取代锂离子电池中的液体电解质。然而，这些材料大多表现出刚性和脆性，导致电解液和电极接触不良，降低电导率。研究人员之一、材料科学与工程研究生Brian Jing表示：“如果采用固体离子导电聚合物，作为非液体电解质，在电池内部的高温环境中，大部分聚合物会被融化，再次导致枝晶生长，造成故障。”

在过去的研究中，人们使用交联形成橡胶锂导体的网状聚合物链，来生产固体电解质，以延缓枝晶生长。然而，这些材料结构复杂，受损后无法恢复或愈合。

为了解决这一问题，研究人员开发了一种网状聚合物电解质，其交联点可以进行交换反应，并交换聚合物链。研究人员表示，与线性聚合物相比，这些网状物质加热后会变得更硬，使枝晶问题降到最低程度。而且，受损后易于分解，重新构成网状结构，因此可以循环利用，恢复导电性。Jing表示:“新型网状聚合物的突出表现在于，在加热过程中，其导电性和刚度会逐渐增强。这在常规聚合物电解质中是看不到的。”

“大多数聚合物需要强酸和高温才能分解，”主要研究人员、材料科学与工程教授Christopher Evans称，“我们的材料可在室温下溶于水，非常节能环保。”

研究人员检测新材料导电性，认为其有潜力成为有效的电池电解质。但是，想要达到与目前使用电解质的同等性能，还有很长的路要走。Evans表示：“我们在聚合物中加入一种非常特殊的化学物质和一种非常特殊的动态键。我们认为，这一组合可以重新调整，通过加入很多其他化学物质，调整传导性和机械性能。”