鋰離子電池由於具有高能量與高功率密度、低自放電率與高充電效率等優點，已廣泛應用於儲能系統、電動車與消費性電子產品等領域，但它也存在安全的顧慮，特別是由於熱失控(thermal runaway)導致燃燒、起火與爆炸等威脅。

陽明交通大學材料科學與工程系的研究人員日前開發出創新的離子液體(ionic liquid)電解質材料，較傳統的電解液具有更寬廣的電壓穩定窗口、更高的熱穩定度、低揮發性以及不易然燒等優點，為打造更安全的鋰電池帶來關鍵材料的突破。

陽明交通大學材料科學與工程系教授張仍奎指出，鋰離子電池最大的疑慮在於其安全性，一旦充放電不慎或碰撞，就可能爆炸起火。「這種安全疑慮主要來自於其高揮發性且易燃的有機溶劑——電解質材料。此外，傳統電解質也不耐高壓而易於在操作時分解。」為此，研究人員期望開發一種更安全、更可靠的材料，以取代傳統電解質。

研究人員開發離子液體電解質的新配方，可用於打造更安全的鋰電池。
(來源：陽明交通大學材料科學與工程學系)

歷經十年左右的努力，研究團隊開發出可提高導電度的液態材料，即所謂的「離子液體」(離子化合物)，具有較高的熔點高，但可降至室溫以下成為液態，用於做為鋰離子電池的電解質。

張仍奎說：「在鋰電池中，離子液體電解液扮演正負電極間傳遞鋰離子的角色，使充放電反應得以進行，是電池中的關鍵材料。由陰離子與陽離子所構成的離子液體是熔點低於室溫的熔融鹽類，因此具有本質離子導電性；另外，離子液體擁有寬廣的電位穩定窗口、高熱穩定度、低揮發性且不易燃等特性。」

此外，這種新的離子液體電解質配方具有幾項技術特點：

• 具有寬廣的電化學穩定窗(>5V)，能提高電池的工作電壓；
• 優異的熱分解溫度(>400°C)，能提高電池的熱穩定性；
• 低易燃性，能提高電池的安全性；
• 對於電極材料的溶解度低，可提高電池耐用性；
• 對正極鋁基板的腐蝕性低，可提高電池可靠度；
• 優良的電池充放電性能，在高速充放電下保持良好的電容量；
• 優異的電池循環充放電壽命，經過300次充放電後，電容量穩定幾無衰退，內阻也沒有太大的變化；
• 使電池在熱失控時有較高的放熱起始溫度與較低的放熱量，提升電池安全性。

新型的離子液體電解質配方可用於打造高電壓、高能量密度、熱穩定性佳且長壽命的安全電池。這項研究成果目前也已獲得業界多家廠商採用，搭配於其產品中展開實際應用。

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2023年4月號

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