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-电子工程世界

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（图片来源：哥伦比亚大学工程系Qian Cheng）

据外媒报道，提升电池能源存储能力，增加电池寿命，同时确保电池安全运行，解决上述挑战变得越来越重要，因为大家都越来越依赖移动式设备和电动汽车等需要此种能源的设备。但是，当地时间4月22日，由材料科学和工程系助理教授Yuan Yang领导的哥伦比亚大学工程团队宣布，已经研发出一种新方法，可通过植入氮化硼（BN）纳米涂层，稳定锂金属电池中的固态电解质，从而安全地延长电池寿命。

目前，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极，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：“我们决定专注于固体、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极涂层。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）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极/电解质界面。研究人员选择氮化硼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内部有洞，锂离子可从中穿过，从而成为一个优秀的分离器。此外，利用化学气相沉积法制备氮化硼，容易生成大尺度（分米级）、类似原子的薄尺度（纳米级）的连续薄膜。

研究人员目前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。

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