固体聚合物电解质不易燃烧，因此天生就更安全些。

 

　　一种基于固体聚合物的新型锂电池正在酝酿之中。以柏克莱加州大学为基地的新创公司“西欧”(seeo)称，他们的锂电池较之目前使用的锂电池，将会更安全、寿命更长、更轻，也更便宜。西欧公司的锂电池使用聚合体薄膜电解质，以及高比能量的轻型电极。劳伦斯柏克莱国家实验室眼下正在制造并测试这家从柏克莱加大派生的公司所设计的电池。

 

　　由于比其它电池更小更轻，锂电池在手机和手提电脑中得到了应用。按说，锂电池用于电动车和混合驱动汽车也大有前途，然而，常规材料和化学作用阻止了其在车辆上的广泛使用。

 

　　当前的锂电池使用氧化钴电极和液体电解质，典型做法是让锂盐在有机溶剂中溶解。当这种电极材料超负荷使用或扎破时，它能释放氧气、导致易燃溶剂着火、电池爆炸。此外，“充电电极与液态电解质反应活泼，这就降低了电池功率和循环寿命”，阿尔贡国家实验室(Argonne National Laboratory)电池技术小组主管卡里尔·阿米纳(Khalil Amine)这么评价。

 

　　西欧公司的主要突破在于固体聚合物电解质。它不易燃烧，因此天生就更安全些。此外，随着时间的流逝，这种电池将保存更多的功率，因为固体聚合物不会对带电电极起反应。“有关锂电池使用寿命的数据暗示，传统锂电池每500次充放电循环大约损失40％的功率”，西欧公司创立者之一的莫希特·辛格(Mohit singh)说，“我们的锂电池循环寿命要好得多，每1000次循环损失的功率低于5％”。

 

　　不管是负极或阳极，固体聚合物电解质对锂金属薄膜也起作用，而锂金属薄膜比目前使用的阳极材料更轻。这就意味着同样的重量，这种锂电池能提供更多的能量。以单室电解槽为计算单位，西欧公司算出他们锂电池的能量密度相当于每公里300瓦时，比现时市场上锂电池的能量密度高出50％。

 

　　阿米纳指出，固体电解质锂电池带给制造业的附加好处是更为便宜。当液态电解质不得不密封在激光焊接的金属容器里时，塑性电解质却可以在热封袋囊里打包。

 

　　聚合物材料的优势保证了对聚合物电解质长达三十多年的研究。事实上，无线电操控汽车和MP3播放器中已经在使用这种聚合物锂电池了。但它们采用一种含有溶解剂的聚合物凝胶，所以，就像液态电解质一样，得冒着火或爆炸的风险，而且使用寿命也不长。

 

　　让固体聚合物跟液态电解质一样有传导力已经很难了。在一个充电电池里，电解质从正电极或阴极中传导锂离子到阳极。电解质的传导性越高，电池充电越快。总部设在美国明尼苏达州圣保罗的3M公司和设于加拿大蒙特利尔的供电公司“魁北克水电力”(Hydro-Quebec)，已经在固体聚合物锂电池上花费了十年以上的时间。“而为了提高传导性能，你不得不在60℃以下操作聚合物”，阿米纳说，“这可一点都不实际”。

 

　　问题是聚合物的传导性和机械强度并非齐头并进的。辛格指出，“如果人们试图做出高离子电导性的聚合物，那最终得到的却是粘性物质”。

 

　　西欧用嵌段共聚物做薄膜来避开这个麻烦：嵌段共聚物材料含有两条连接的聚合物链，可自我组装成纳米结构。一条聚合物链形成一列导电柱，嵌入另一条充当坚硬基体的聚合物链中。辛格称，这种电解质薄膜很强大，而且跟液态电解质的传导性能几乎一样。

 

　　由于宣称做得出高传导性聚合物，西欧公司的技术“变得相当有吸引力”，阿米纳说，不过，“锂阳极也可能会是一个被长时间掌声所打断的表演”。锂有一种趋势，就是粗化表面并生成树枝状晶体，这可以延伸到阴极，从而缩短电池寿命。西欧公司需要做长期测试来证明其聚合物够硬，足以阻断枝状结晶。

 

　　聚合物电解质还有一个很大的固有缺陷。“跟液态电解质比，固体聚合物电解质总是受限于低离子传导性”，辛格说。这就意味着西欧公司的锂电池用于手提电脑、电动车辆或动力工具时可能受到限制。“这些聚合物无法对付象混合驱动电动车或动力工具等快速充电应用”。