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鋰電池熱失控易起火怎么辦?科學家發明了一種"反短路層"的新技術

鉅大LARGE  |  點擊量:123次  |  2023年11月07日  

摘要
2021年9月15日消息,新加坡南洋理工大學(NTU Singapore)的材料科學家找到了一種防止內部短路的方法,內部短路是鋰(Li)離子電池起火的主要原因。 Jason Xu教授(右)右手拿著一個短路的電池,以及一個采用新南大防短路層

2021年9月15日消息,新加坡南洋理工大學(NTUSingapore)的材料科學家找到了一種防止內部短路的方法,內部短路是鋰(Li)離子電池起火的主要原因。


JasonXu教授(右)右手拿著一個短路的電池,以及一個采用新南大防短路層技術的鋰離子電池。余凌輝博士(左后)手拿電池隔膜上的防短路層。:新加坡南大


每年生產數十億個鋰離子電池,用于手機、筆記本電腦、個人移動設備以及電動汽車和飛機的巨大電池組。


全球電池需求將會增長,到2030年僅電動汽車每年就需要價值2,700GWh的鋰離子電池,相當于約2,250億個手機電池。

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即使估計故障率低于百萬分之一,2020年新加坡仍有26起電動助力自行車起火和42起個人移動設備起火。


在大多數鋰離子電池起火中,起火的原因是鋰沉積物的積聚,稱為枝晶(細小的線狀卷須),當它們穿過電池的正(陰極)和負(陽極)電極之間的隔板時它正在充電,造成短路,導致不受控制的化學火災。


為了防止這種短路的發生,材料科學與工程學院的徐志川教授和他的研究團隊在隔膜上發明了一個額外的“防短路層”,防止任何枝晶到達陰極。


“我們知道,要讓鋰離子電池正常工作,鋰離子必須能夠在充電和放電循環期間在正極和負極之間移動,”南洋理工大學能源研究所(ERI@N)儲能和可再生能源產業集群總監的徐教授解釋說:“然而,鋰離子的轉移也意味著枝晶的形成對于目前的商用鋰離子電池來說是不可避免的?!?/p>


我們沒有阻止枝晶的形成,而是決定通過在隔膜上涂覆一層額外的導電材料來利用它們的內在特性,以便這些枝晶與之連接。一旦枝晶建立連接,它將無法繼續它們的連接。進一步增長,從而阻止他們到達另一邊。

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充電溫度:0~45℃
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-40℃最大放電倍率:1C
-40℃放電容量保持率:0.5C放電容量≥70%

“反短路層”的工作原理


鋰離子電池可以比作圖書館中的兩個書架,它們彼此相對(陰極和陽極),由通道(隔板)隔開。電池充電時,鋰離子從陰極轉移到陽極,放電時,鋰離子反之。


南大的“反短層”類似于在過道中間的兩個書架之間放置一個圖書管理員的辦公桌——這樣當舊書的堆積到達圖書管理員的辦公桌(樹突)時,它們就會停在那里,而圖書管理員繼續與對方互動。


徐教授的團隊在實驗室中對50多種不同鋰離子電池成分的電池進行了測試,即使電池在其生命周期之外使用,在充電階段也沒有檢測到短路。


防短路層是電池制造中常用的材料,可以輕松集成到當前的隔膜制造工藝中,便于企業采用和擴大規模。該團隊估計,采用這項技術后的成本增加將比鋰離子電池的現有生產成本高出5%左右。


NTU防短路層(右上方由鑷子夾?。┛煞乐逛囯x子電池發生短路。:新加坡南大


Durapower集團首席執行官KelvinLim對該技術的潛力發表了獨立評論說:“這項技術突破對我們目前嚴重依賴鋰離子電池的電動汽車和固定儲能應用的業務具有重要意義。同時,這項新發明將有助于提高鋰離子電池的安全性并延長其使用壽命,這意味著電動汽車的行駛里程更長,電池儲能解決方案的運行時間更長?!?/p>


儲能技術公司V-FlowTech首席執行官兼聯合創始人AvishekKumar博士在獨立發言時表示,“這項發明解決了鋰離子儲能解決方案中最關鍵的熱失控問題,將證明成為大規模采用鋰離子儲能技術的最大推動者之一?!?/p>


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