采用半液态金属负极有助于制造更安全的高能金属锂电池

卡内基梅隆大学梅隆科学学院和工程学院的研究人员开发了一种半液态锂金属负极，代表了电池设计的一种新模式。采用这种新型电极制备的锂电池或许比采用传统锂箔作为负极的锂金属电池容量更大并且更安全。华纳大学卡内基梅隆分校自然科学教授Krzyszt表示，在锂离子电池中将金属锂作为负极，理论上比石墨负极电池具有更大的电池容量。关键是确保制造的电池要安全。他们建议将目前电池中使用的挥发性液体电解质用固体陶瓷电解质代替作为解决方案。这些陶瓷电解质具有很强的导电性、不燃烧并且足以抵抗枝晶。然而，研究人员发现，陶瓷电解质与固体锂负极之间的接触不足以储存和供应大多数电子产品所需的电量。

卡内基梅隆大学化学系的博士生李思培和材料科学与工程系的博士生王汉培，通过创造一类可用作半液态金属负极的新材料来克服这一缺点，通过与理学院的Matyjaszewski等合作，创造了一种双导电聚合物/碳复合材料基质，其锂微粒均匀分布其上。基质在室温下仍然可以流动，因此能够与固体电解质充分接触。

半液态锂金属负极与石榴石固体陶瓷电解质相结合，电池的电流密度比固体电解质和传统锂箔负极的电流密度高10倍。这种电池的循环寿命也比传统电池长得多。这一新的制造方法造就了锂金属电池负极，相比普通锂金属，其流动性具有良好的安全性和使用性能。采用这样的新材料或许令可充电锂电池产生质的飞跃。研究人员相信，他们的方法或许意义深远。例如，可以用于电动汽车及可折叠设备上特种高容量电池的制造。此外，他们相信这种方法可以扩展到锂以外的其他可充电电池系统，包括金属钠电池和钾电池，并可能用于电网级储能。