鋰電池爆炸，不僅影響消費(fèi)者的安全,，也讓“問題廠家”遭遇滑鐵盧,。所以,，確保鋰電池安全,，已成為業(yè)界的當(dāng)務(wù)之急,。固體鋰電池,，在安全性能方面,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過液體鋰電池。但是,，從眾多候選材料中,，選擇最佳的固定鋰電池材料成為了一個(gè)巨大科研挑戰(zhàn)。然而,，斯坦福大學(xué)研究人員人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)方法應(yīng)對(duì)這一問題并取得顯著成果,。

從傳統(tǒng)液體鋰電池的安全事故說起

目前，對(duì)于鋰電池安全事故的報(bào)道,，關(guān)注度最大的莫過于三星 galaxy note7 的爆炸事件了,。我們先來看看兩張觸目驚心的圖片：

網(wǎng)友展示的三星note 7 充電時(shí)發(fā)生爆炸的圖片（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

美國福克斯電視臺(tái)報(bào)道,，佛羅里達(dá)的一名男子將Note7放在車內(nèi)充電,，結(jié)果手機(jī)發(fā)生爆炸，將整個(gè)吉普車也徹底燒毀,。（圖片來源于福克斯電視臺(tái)）

對(duì)于Note 7爆炸的原因,，可謂眾說紛紜,，小編認(rèn)為最靠譜的說法來源于第三方調(diào)查機(jī)構(gòu)Instrumental，他們認(rèn)為太過激進(jìn)的外觀和電池的設(shè)計(jì),，導(dǎo)致了電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,，正負(fù)極很容易積壓在一起,，引起短路，而且隔膜太薄很容易擊穿,。除此之外,，也有其他種種說法和猜測(cè)，但可以確定的是爆炸肯定和液體電解質(zhì)鋰電池燃燒相關(guān),。

然而,，鋰電池的事故僅僅會(huì)發(fā)生在三星一個(gè)廠家嗎？肯定不是,。關(guān)于鋰電池的引起的爆炸事故,，案例已經(jīng)太多，比如生產(chǎn)鋰電池的工廠的起火和爆炸,，另外還有特斯拉電動(dòng)車自燃,、小米移動(dòng)電源爆炸等等。

傳統(tǒng)鋰電池為什么容易爆炸呢,？

對(duì)于這個(gè)問題,，John在之前的文章《傳統(tǒng)鋰電池安全事故頻發(fā) 新型固態(tài)電池安全性更佳》中有過闡述，這里再簡(jiǎn)單介紹一下：

傳統(tǒng)的鋰離子電池中,，正負(fù)極電極由固態(tài)導(dǎo)電的化合物組成,，但是這些電極之間的電解質(zhì)卻是液體或者膠體的，電荷在其中移動(dòng),。如果,，充電方式不正確（例如過量充電）或者放在陽光下暴曬，液體電解質(zhì)可能會(huì)被點(diǎn)燃,，膠體則會(huì)發(fā)生膨脹,。然而，傳統(tǒng)鋰電池的電解液為有機(jī)液體,，在高溫下會(huì)發(fā)生副反應(yīng),，氧化分解，產(chǎn)生氣體,，發(fā)生燃燒的傾向會(huì)加劇,，所以容易引起爆炸。

固體電解質(zhì)材料耐高溫不易燃

正是由于傳統(tǒng)鋰電池的不安全因素,，科學(xué)家們一直在為鋰電池尋找易燃的液體電解質(zhì)的替代品,。我們之前文章介紹過在這方面的研究成果（來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院），讓鋰電池的電極和電解質(zhì)都由固體制成,，因?yàn)楣腆w電極在高溫或者暴露在空氣中的情況下,，都不容易燃燒。

斯坦福大學(xué)的最新研究成果簡(jiǎn)介

然而,，如何尋找最適合的固態(tài)電解質(zhì)材料呢,？目前,，斯坦福大學(xué)的研究人員使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的辦法，找到了約21個(gè)固體電解質(zhì)材料,，有望未來取代易燃的液體電解質(zhì),，在智能手機(jī)、平板電腦以及其他電子設(shè)備中使用,，它們的研究成果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上,。

論文的第一作者、研究的帶頭人,、應(yīng)用物理方面的博士研究生 Austin Sendek 對(duì)于液體電解質(zhì)和固體電解質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn),，是這么評(píng)價(jià)的：

電解質(zhì)在電池的正負(fù)極往返地運(yùn)輸鋰離子。液體電解質(zhì)很廉價(jià),，能夠很好的導(dǎo)電性能,，但是它們?cè)陔姵剡^熱或者短路時(shí)容易著火。固體電解質(zhì)最大的有點(diǎn)就是穩(wěn)定性,。相對(duì)于有機(jī)溶液,，固體不容易發(fā)生爆炸和蒸發(fā)現(xiàn)象。它們也更加嚴(yán)格,，讓電池的結(jié)構(gòu)更強(qiáng)大,。

使用人工智能尋找固體電解質(zhì)材料

通過多年的實(shí)驗(yàn)嘗試，研究人員經(jīng)歷了不少失敗,，但是現(xiàn)在他們找到了廉價(jià)的固體材料,，在室溫下和液體電解質(zhì)有著同樣的性能。

尋找固體電解質(zhì)材料的過程中,，團(tuán)隊(duì)并不是通過隨機(jī)測(cè)試個(gè)別化合物的方法,，他們使用了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)造預(yù)測(cè)模型,。他們訓(xùn)練了一種計(jì)算機(jī)算法,，基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，去學(xué)習(xí)如何辨認(rèn)化合物的好壞,。這個(gè)過程和人臉識(shí)別算法,，在觀察幾個(gè)范例后，去辨認(rèn)人臉的過程很類似,。

對(duì)于使用人工智能的方法進(jìn)行材料篩選,，Sendek 這么評(píng)價(jià)道：

“現(xiàn)有的含有鋰元素的化合物數(shù)量是數(shù)以萬計(jì)的，絕大多數(shù)是未經(jīng)測(cè)試的,。其中的一些可能是性能優(yōu)異的導(dǎo)體,。我們開發(fā)了一個(gè)計(jì)算模型，對(duì)于我們現(xiàn)有的有限數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí),，從大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫中,，篩選出合適的材料。這種篩選方法的速度是現(xiàn)有篩選方法的百萬倍,?！?/p>

為了設(shè)計(jì)這個(gè)模型，Sendek 花費(fèi)了差不多兩年時(shí)間,，搜集關(guān)于含有鋰元素的固體化合物的所有科學(xué)數(shù)據(jù),。對(duì)于Austin Sendek 的工作， 這項(xiàng)論文的高級(jí)作者,，材料科學(xué)和工程專業(yè)的助理教授 Evan Reed 如此評(píng)價(jià)：

Austin 搜集了關(guān)于這些材料的所有人類智慧,，以及過去幾十年來的許多測(cè)量和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。他使用這些知識(shí)創(chuàng)建了一個(gè)模型,，模型可以預(yù)測(cè)材料是否會(huì)是一個(gè)好的電解質(zhì),。這個(gè)方法可以篩選所有的候選材料，找出適合進(jìn)一步研究的最佳材料,。

篩選標(biāo)準(zhǔn)的是什么,？

模型使用了幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)去篩選理想的材料包括：穩(wěn)定性、成本,、豐富度,、鋰離子的導(dǎo)電性、在電池電路中為電子重新規(guī)劃線路的能力,?？茖W(xué)家為了探索幾千種材料的物理和化學(xué)特性建立了“材料計(jì)劃”數(shù)據(jù)庫， 從這個(gè)數(shù)據(jù)庫中挑選候選材料,。

Sendek 說：

“我們篩選了超過12,，000種含有鋰元素的化合物，最終找到了21種作為固體電極的理想材料,。篩選只需要花費(fèi)幾分鐘,。我絕大多數(shù)的時(shí)間，實(shí)際上是用于搜集和管理所有的數(shù)據(jù),，開發(fā)對(duì)于預(yù)測(cè)模型信心度的度量機(jī)制,。”