哥伦比亚大学研发氮化硼纳米涂层固体电解质确保电池安全

目，传统锂离子电池广泛用于日常生活，此类电池能量密度低，从而导致寿命较短，而且由于电池内部含有高度易燃的液体电解质，可能还会短路甚至起火。使用锂金属替代锂离子电池中的石墨阳，是可以提高电池的能量密度；锂金属理论上充电容量比石墨高近10倍。但是在镀锂的过程中，容易生成枝晶，如果枝晶穿透电池中间的隔膜，就会造成短路，从而引发电池安全担忧。

Yang表示：“我们决定注于固体、陶瓷电解质。与传统锂离子电池中的易燃电解质相比，固体陶瓷电解质在提高安全性和能量密度方面显示出巨大潜力”。

大多数固体电解质都是陶瓷的，因而不易燃，消除了安全隐患。此外，固体陶瓷电解质具有较高的机械强度，实际上可以抑制锂枝晶的生长，从而使锂金属能够成为电池阳涂层。但是，大多数固体电解质对锂离子不稳定，容易被锂金属腐蚀，不能用于电池。

为了应对上述挑战，该研究团队与美国布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Lab）以及纽约城市大学（the City University of New York）合作，研究人员沉积了5至10纳米的氮化硼（BN）(CY-HBN)纳米膜用作保护层，隔绝金属锂和离子导体（固体电解质）之间的电接触，并加入少量聚合物或液体电解质渗入电/电解质界面。研究人员选择氮化硼(CY-HBN)用作保护层是因为其在化学上和机械上都对锂稳定，电子绝缘水平高。研究人员设计的氮化硼(CY-HBN)内部有洞，锂离子可从中穿过，从而成为一个分离器。此外，利用化学气相沉积法制备氮化硼(CY-HBN)，容易生成大尺度（分米）、类似原子的薄尺度（纳米）的连续薄膜。

研究人员目正将其方法扩展应用到各种不稳定固体电解质中，并进一步优化界面，希望能够制造出高性能、循环寿命长的固态电池。

原创作者：浙江九朋新材料有限公司