新冰冻制造法 手机电池更安全用更久

垂直排列的陶瓷通道利于增强离子传导。

在左图中，陶瓷颗粒随机分散在聚合物基体中，离子传输被低导电性 的聚合物基体阻挡。在右图中，垂直排列的结构利于离子传输，这可以通过冰模板法实现。

研究人员开发了一种新的冷冻方法，可以制造出更为安全更长寿命并且可以弯曲的的锂电池，这种新技术有望用于制造出可弯曲的智能手机和平板电脑。

市售可充电锂电池的液体电解质是高度易燃性的，会引起安全问题，就像三星Galaxy Note 7手机电池数次引起火灾和爆炸事故。

美国哥伦比亚大学傅氏基金工程与应用科学学院的研究人员决定用固体电解质作为液体电解质的替代品。采用陶瓷固体电解质的电池更安全并且具有高电导率。

研究人员使用冰模板来制造陶瓷固体电解质的垂直柱状结构。为了制造电池，研究人员从底部开始冷却含有陶瓷颗粒的水溶液，然后让冰生长，分散开陶瓷颗粒。接着施加真空将冰变成气体，从而生成垂直排列的结构。然后，将该结构与聚合物组合，为电解质提供机械支撑并使其更具柔性。

研究团队的领导者杨（Yuan Yang）博士说，“在便携式电子设备以及电动车辆中，柔性全固态锂电池不仅解决了安全问题，而且还可能增加运输和存储的电池能量密度。在制造可弯曲设备领域具有极大潜力。”杨博士研究团队的重点是电化学储能、转换和热能管理。

在以前的研究中，研究人员使用过近似的方法，在聚合物电解质中使用随机分散的陶瓷颗粒或不垂直排列的纤维状陶瓷电解质。

哥伦比亚大学博士生和研究论文的主要作者翟（Haowei Zhai）表示：“我们认为，如果将陶瓷电解质的垂直排列结构与聚合物电解质结合在一起，我们就能够为锂离子提供快速通路，从而提高电导率。我们相信，这是第一次有人使用冰模板法制造锂电池中不易燃且无毒的柔性固体电解质。”

“这为优化离子传导开辟了新的途径，用望制造出新一代充电电池。”

研究人员表示，这种技术可以提高电池的能量密度。

通过使用固体电解质，锂电池的负极（目前技术采用石墨层）可以用锂金属代替，这可以将电池的能量提高60%至70%。杨博士及其博士生翟计划进一步优化电解液的质量，并将柔性固体电解质与电池电极组装在一起，制成完整的锂电池原型。

耶鲁大学化学助理教授王（Hailang Wang）博士说，“此想法很聪明，合理设计的结构真的有助于提高复合电质的性能。我认为这是一个有希望的方法。”