据快科技消息,随着手机、平板、电动汽车的普及,锂电池在人们生活中发挥着越来越重要的作用。电池安全问题也成了一个不容忽视的问题。怎样提高锂电池的安全性,降低电池过热爆炸风险,已成为摆在科学家面前的一个重要课题。近日,加州大学圣地亚哥分校的研究者Matthew Gonzalez提出了一个“溢洪道”概念,目的是解决锂电池因过热发生爆炸的问题。研究者首先从“锂枝晶问题”入手,失控生长的锂枝晶可以快速地降低电池的性能,缩短电池使用寿命,甚至刺穿电极之间的隔离膜,引发电池短路等安全问题。为此,研究者先将导电纳米碳管附涂在隔离膜上,当枝晶形成并刺穿隔离膜时,电子就会聚集在纳米碳管上,然后慢慢地从电池“流出”,这种方法就像水库的“溢洪道”,当水库里水位超过安全限度时,水就从“溢洪道”向下游流出,防止水坝被毁坏。


Matthew Gonzalez说:“新型隔离膜会缓慢地排出过多的电荷,同时还可防止电子‘溢出’到阴极那一侧,当它拦截到锂枝晶时,电池会开始自放电,因此电池短路时就不会有足够的能量爆炸。”研究者在测试中发现,装有全新隔离膜的锂电池在充放电20到30次内逐渐退化,可做到预先警示;而采用传统隔板,电池可能会在某一循环中突然坏掉,且完全无法预测。目前,加装“溢洪道”的锂电池离实用化还有很多工作要做,但大量锂电池安全问题的发生证明了研发这种电池的必要性。
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一方面,随着新能源车对续航里程、快充等要求不断提高,高镍三元、NCA等高能量密度、高倍率材料开始替代传统的磷酸铁锂、普通三元材料,步入产业化应用,而电池能量密度越高、倍率性能越快,其能量剧烈释放时对电池体系的影响就越大,安全问题也就越突出。另一方面,当前锂电池电解液一般由低闪点的碳酸酯、对痕量水和温度敏感的六氟磷酸锂及其他添加剂组成,本身具有高度可燃性,而研究表明电池的热失控因素往往都跟电解液性质直接相关,因此近年来发生的重大安全事故对锂电池的性能日益重视。


锂电池是伟大的发明,化学类储能中的佼佼者。锂电池是一种电化学的储能装置,其应用历史源远流长,早期锂电池使用金属锂作为负极,但由于充电过程易形成枝晶,安全性难以保障,因此初期的锂电池以一次电池为主。在1990年,索尼成功将石墨作为负极应用之后,可多次充放电的锂离子电池正式商用化。锂离子电池工作原理是将电能转化为化学能储备在电极中,在需要的时候可以重新以电能释放。核心材料主要有正极、负极、电解液和隔膜,其中电解液对综合性能的影响最大。电解液作为锂离子的载体,在充放电的过程中,完成锂离子的传输,因此需要具备极大的离子导电率及极小的电子导电率。


在化学类储能电池中,锂电池拥有最优秀的综合性能,包括能量密度、功率密度、循环寿命及安全性等。现阶段的锂电池已经成熟供应电子产品、电动工具、交通工具、储能等领域。


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