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防止锂电池爆炸 科学家又出新招

导读

昨天,一项在线发表于《科学进步》杂志的新研究显示:一种静电纺丝材料制成的核壳结构的分离器,其聚合物壳在高温下会发生溶解,释放出阻燃材料,可以有效防止锂电池起火燃烧

背景

锂电池,如今广泛应用于消费类电子设备,例如智能手机、平板电脑、智能硬件等等。另外,它也被认为是电动汽车的最有前途的能量来源之一。它具有能量密度高、循环性能稳定、绿色环保、使用寿命长等优点。

安全

但是安全是阻碍锂电池发展的一个重要因素,近些年关于锂电池燃烧和爆炸的事故报道很频繁,例如三星galaxy note 7爆炸、特斯拉电动汽车自燃、锂电池工厂起火等等。

网友展示的三星note 7手机充电时发生爆炸的图片

(图片来源于网络)

那么,到底是什么引起锂电池燃烧的呢?目前,业界普遍认为锂电池的燃烧和高度易燃的有机电解液相关。这种易燃性电解液包含的安全隐患,是阻碍锂电池进一步发展和应用的主要瓶颈。

锂电池又是怎样发生燃烧的呢?例如,当锂电池发生内部或者外部短路后,其内部会在短时间内,释放出大量热量,温度极剧升高,导致热量失控。然后,这种易燃性的电解液会被点燃,最终导致电池起火或者爆炸。

方案

目前,针对电解液易燃的问题,我在之前的文章中也曾介绍过一些解决方案例如使用固态电解质,开发固态锂电池,但是其成本较高。此外,还有就是使用新的能量供给方式,例如利用人体动能给电子设备提供能量,目前这个方案还处于实验室阶段。

另外一个很直接的方案就是在现有的电解液中增加阻燃剂。但是,为了完成阻燃性,就需要在电解液中添加大量的阻燃剂,这样会相应地降低电解液的离子导电性,显著影响锂电池的电化学性能和能量密度。

创新

最近,美国斯坦福大学的研究人员,制造了一种新型“智能”静电纺丝分离器,它具有热量触发机制,内部含有阻燃剂,可用于防止锂离子电池燃烧

在这种结构中,阻燃剂包装在聚合物保护壳的内部,以防阻燃剂直接溶解到电解液中,从而给电池性能造成负面影响。当锂电池内部的热量过高时,聚合物保护壳会因为高温而发生溶解,释放出阻燃剂,从而有效抑制高度易燃的电解液发生燃烧。

这种新型静电纺丝超细纤维分离器结构和功能示意图如下:

(图片来源于:Liu et al./斯坦福大学)

对于该图的相关说明如下:

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