盖世汽车讯 现在，电动汽车迅猛发展，对锂离子电池的需求也越来越高。据外媒报道，挪威科技大学（NTNU）的研究人员探讨使用不同的材料来制造关键部件，以提高电池的能量密度，延长电动汽车的续航里程。

（图片来源：挪威科技大学）

用硅代替石墨

电池由阴极（带正电荷）、阳极（带负电荷）和电解质液体组成，在两个电极之通过电解质液体移动带电粒子，可以提供电力。在锂离子电池中，当电池充电时，锂离子从阴极移动到阳极，并储存在阳极中。当电池放电时，离子移动回阴极，从而产生电流。

现在，大多数锂离子电池都使用石墨阳极。然而，用硅代替石墨有望大幅提高能量密度。NTNU材料科学和工程系Ann Mari Svensson教授表示：“在锂离子电池中，用户希望可以在阳极和阴极材料中存储尽可能多的锂，而硅可以储存巨大数量的锂。”

抗燃性

另外，锂离子电池具有易燃性，更换电解质（使离子在电极之间移动的关键成分）是解决这个问题的主要方法。

研究人员使用离子液体（本质上是一种熔点极低、在室温下呈液态的盐）来提高硅电极电池的安全性。Svensson表示：“目前使用的液体电解质是造成电池热事件的部分原因。如果用新型离子液体进行替代，可以降低电池起火的可能性。”

Svensson及其同事评估了采用有机硅阳极和离子液体电解质的电池在高温下的性能。

提高电池的温度

提高电池的温度，会增加电解质内锂离子的传导率，有助于解决离子液体在室温下不能很好地传导锂离子的问题。证明这些电池可以在高温下工作，使操作容易过热的大型电池组变得更加简单。Svensson表示：“通常情况下必须在电池组运行时对其进行冷却。理论上来讲，这是可以避免的。”

在研究过程中，该团队看到了一些令人惊讶的结果。Svensson表示：“以前，研究人员在室温下研究过这些离子液体。然而，当加热到更高温度时，其中一种离子液体的传导率有了非常明显的改善。”

关键在于硅电极上的薄膜

一些离子液体电解质比其他电解质表现得更好，可能要归因于硅电极锂离子电池的一个关键特征，即在硅上形成了一层薄膜。在给电池充电的过程中，锂从阴极移动到阳极，但电解质开始分解，并在阳极表面形成一层称为钝化层的薄膜。Svensson表示：“一旦这些层真正覆盖了表面，其形成就停止了，所以确保这些物质完好无损十分重要，否则大部分电解质都会被完全分解。”

研究人员发现，使用在较高温度下表现良好的离子液体电解质，有迹象表明可以形成更强的钝化层，而且电解质中的锂离子传导率提高。

推进商业化进程

在挪威科技大学的纳米实验室，研究人员利用X射线光电子能谱（XPS）技术来研究这些薄膜。Svensson表示：“这些薄膜可能只有几纳米厚，因此需要使用相当先进的设备来进行识别。”

研究人员证明，通过使用离子液体电解质，有助于在锂离子电池中选用硅阳极。现在，Svensson及其同事致力于演示离子液体电解质如何与新型阴极一起工作。

在此类电池实现商业化之前，仍有许多问题需要解决。其一，目前离子液体的产量不足以满足工业化生产使用离子液体的电池所需的数量。其次，离子液体的长期性能（在真实电池的预期使用寿命内）仍有待观察。Svensson表示：“这是一个相当大的挑战。”