鋰電池加裝“溢洪道”技術,或能有效解決電池安全問題

據快科技消息,隨著手機、平板、電動汽車的普及,鋰電池在人們生活中發揮著越來越重要的作用。電池安全問題也成了一個不容忽視的問題。怎樣提高鋰電池的安全性,降低電池過熱爆炸風險,已成為擺在科學家面前的一個重要課題。近日,加州大學聖地亞哥分校的研究者Matthew Gonzalez提出了一個“溢洪道”概念,目的是解決鋰電池因過熱發生爆炸的問題。研究者首先從“鋰枝晶問題”入手,失控生長的鋰枝晶可以快速地降低電池的性能,縮短電池使用壽命,甚至刺穿電極之間的隔離膜,引發電池短路等安全問題。為此,研究者先將導電納米碳管附塗在隔離膜上,當枝晶形成並刺穿隔離膜時,電子就會聚集在納米碳管上,然後慢慢地從電池“流出”,這種方法就像水庫的“溢洪道”,當水庫裡水位超過安全限度時,水就從“溢洪道”向下遊流出,防止水壩被毀壞。

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Matthew Gonzalez說:“新型隔離膜會緩慢地排出過多的電荷,同時還可防止電子‘溢出’到陰極那一側,當它攔截到鋰枝晶時,電池會開始自放電,因此電池短路時就不會有足夠的能量爆炸。”研究者在測試中發現,裝有全新隔離膜的鋰電池在充放電20到30次內逐漸退化,可做到預先警示;而採用傳統隔板,電池可能會在某一循環中突然壞掉,且完全無法預測。目前,加裝“溢洪道”的鋰電池離實用化還有很多工作要做,但大量鋰電池安全問題的發生證明了研發這種電池的必要性。

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一方面,隨著新能源車對續航里程、快充等要求不斷提高,高鎳三元、NCA等高能量密度、高倍率材料開始替代傳統的磷酸鐵鋰、普通三元材料,步入產業化應用,而電池能量密度越高、倍率性能越快,其能量劇烈釋放時對電池體系的影響就越大,安全問題也就越突出。另一方面,當前鋰電池電解液一般由低閃點的碳酸酯、對痕量水和溫度敏感的六氟磷酸鋰及其他添加劑組成,本身具有高度可燃性,而研究表明電池的熱失控因素往往都跟電解液性質直接相關,因此近年來發生的重大安全事故對鋰電池的性能日益重視。

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鋰電池是偉大的發明,化學類儲能中的佼佼者。鋰電池是一種電化學的儲能裝置,其應用歷史源遠流長,早期鋰電池使用金屬鋰作為負極,但由於充電過程易形成枝晶,安全性難以保障,因此初期的鋰電池以一次電池為主。在1990年,索尼成功將石墨作為負極應用之後,可多次充放電的鋰離子電池正式商用化。鋰離子電池工作原理是將電能轉化為化學能儲備在電極中,在需要的時候可以重新以電能釋放。核心材料主要有正極、負極、電解液和隔膜,其中電解液對綜合性能的影響最大。電解液作為鋰離子的載體,在充放電的過程中,完成鋰離子的傳輸,因此需要具備極大的離子導電率及極小的電子導電率。

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在化學類儲能電池中,鋰電池擁有最優秀的綜合性能,包括能量密度、功率密度、循環壽命及安全性等。現階段的鋰電池已經成熟供應電子產品、電動工具、交通工具、儲能等領域。

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