昨天，一項在線發表于《科學進步》雜志的新研究顯示：一種靜電紡絲材料制成的核殼結構的分離器，其聚合物殼在高溫下會發生溶解，釋放出阻燃材料，可以有效防止鋰電池起火燃燒。

背景

鋰電池，如今廣泛應用于消費類電子設備，例如智能手機、平板電腦、智能硬件等等。另外，它也被認為是電動汽車的最有前途的能量來源之一。它具有能量密度高、循環性能穩定、綠色環保、使用壽命長等優點。

安全

但是安全是阻礙鋰電池發展的一個重要因素，近些年關于鋰電池燃燒和爆炸的事故報道很頻繁，例如三星galaxynote7爆炸、特斯拉電動汽車自燃、鋰電池工廠起火等等。

那么，到底是什么引起鋰電池燃燒的呢？目前，業界普遍認為鋰電池的燃燒和高度易燃的有機電解液相關。這種易燃性電解液包含的安全隱患，是阻礙鋰電池進一步發展和應用的主要瓶頸。

鋰電池又是怎樣發生燃燒的呢？例如，當鋰電池發生內部或者外部短路后，其內部會在短時間內，釋放出大量熱量，溫度極劇升高，導致熱量失控。然后，這種易燃性的電解液會被點燃，最終導致電池起火或者爆炸。

方案

目前，針對電解液易燃的問題，我在之前的文章中也曾介紹過一些解決方案例如使用固態電解質，開發固態鋰電池，但是其成本較高。此外，還有就是使用新的能量供給方式，例如利用人體動能給電子設備提供能量，目前這個方案還處于實驗室階段。

另外一個很直接的方案就是在現有的電解液中增加阻燃劑。但是，為了完成阻燃性，就需要在電解液中添加大量的阻燃劑，這樣會相應地降低電解液的離子導電性，顯著影響鋰電池的電化學性能和能量密度。

創新

最近，美國斯坦福大學的研究人員，制造了一種新型“智能”靜電紡絲分離器，它具有熱量觸發機制，內部含有阻燃劑，可用于防止鋰離子電池燃燒。

在這種結構中，阻燃劑包裝在聚合物保護殼的內部，以防阻燃劑直接溶解到電解液中，從而給電池性能造成負面影響。當鋰電池內部的熱量過高時，聚合物保護殼會因為高溫而發生溶解，釋放出阻燃劑，從而有效抑制高度易燃的電解液發生燃燒。

(A)這個獨立的分離器由超細纖維組成，具有“核殼”結構，阻燃劑位于核心，聚合物是殼。阻燃劑的包裝在聚合物保護殼的內部，以防直接溶解于電解液中給電池電化學性能帶來副作用。

(B)當熱量過高后觸發，聚合物保護殼發生溶解，然后包裝在內部的阻燃劑釋放到電解液中，有效的阻止了電解液的點火和燃燒。

阻燃劑使用了一種廉價、功能強大的、普遍使用的材料“磷酸三苯酯”。在電池正常運行期間，阻燃劑會很好地包含在聚合物保護殼的內部，當分離器的溫度高于一定溫度時，聚合物外殼發生溶解。在實驗中，阻燃劑完全撲滅電解液火災只需0.4秒，如下圖所示鋰電池0.3秒時著火，0.7秒時火被撲滅。

未來

研究人員表明，未來的研究包括進一步進行這種分離器的相關測試，例如針對電氣破壞現象：例如過度充電或者過度放電的測試；或者物理破壞現象例如：穿刺測試或者擠壓測試。