眾所周知，傳統(tǒng)的鋰離子電池存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，在某些情況下甚至可能引起爆炸。鋰離子電池廣泛應(yīng)用于從電動(dòng)汽車(chē)到電動(dòng)牙刷等各種產(chǎn)品，因此降低鋰離子電池的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)成為當(dāng)務(wù)之急。鋰離子電池的設(shè)計(jì)迫切需要在長(zhǎng)循環(huán)壽命、高電壓和安全性之間取得平衡。

圖片來(lái)源： 期刊《Nature Energy》

當(dāng)鋰離子電池遭受某種物理?yè)p壞、過(guò)度充電，甚至存在制造缺陷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)陰離子（帶負(fù)電的離子）與鋰鍵斷裂并釋放熱量時(shí)，就會(huì)引發(fā)熱失控。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，傳統(tǒng)的鋰離子電池的溫度變化可能超過(guò)500℃。

據(jù)外媒報(bào)道，中國(guó)香港中文大學(xué)（The Chinese University of Hong Kong）的研究人員找到了一種大幅降低鋰離子電池?fù)p壞時(shí)釋放熱量的方法。相關(guān)研究論文發(fā)表在期刊《Nature Energy》上，詳細(xì)介紹了這種新設(shè)計(jì)和針刺試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果顯示電池溫升僅為3.5℃左右。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，電池內(nèi)電解質(zhì)中的離子締合使熱失控發(fā)生的溫度降低了約94℃，這使得這項(xiàng)新設(shè)計(jì)成為可能。他們意識(shí)到，用不同的材料替換電池中的部分溶劑，可以提高熱失控的起始溫度，從而降低熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。這種替換還能在較低溫度下形成固體電解質(zhì)界面膜（SEI），這是鋰離子電池的正常功能。

因此，研究人員開(kāi)發(fā)了一種“溶劑接力策略（solvent-relay strategy）”，該策略在室溫下促進(jìn)離子結(jié)合以形成SEI膜，但在高溫下誘導(dǎo)離子解離以確保安全。這種新設(shè)計(jì)采用一種名為雙氟磺酰亞胺鋰的溶劑，它僅在較高溫度下與現(xiàn)有溶劑中的鋰結(jié)合，從而抑制最終導(dǎo)致熱失控的陰離子鍵。

該團(tuán)隊(duì)在1.1 Ah軟包電池中測(cè)試了這種新設(shè)計(jì)，方法是用釘子刺穿電池——這是鋰離子電池常見(jiàn)的安全評(píng)估測(cè)試。

研究作者寫(xiě)道：“這種方法使4.5 V石墨-NCM811軟包電池（1.1 Ah）展現(xiàn)出4,100小時(shí)的出色循環(huán)壽命，容量保持率約為81.9%（0.45 C下1,000次循環(huán)）。這些安培小時(shí)級(jí)電池還展現(xiàn)出增強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，在針刺測(cè)試中溫升不到3.5℃，而采用商用電解質(zhì)的電池溫升則高達(dá)555.2℃。”

這種新設(shè)計(jì)是鋰離子電池安全性的一次顯著飛躍。盡管還需要進(jìn)行更多測(cè)試，但這些改進(jìn)可能在不久的將來(lái)應(yīng)用于鋰離子電池中。

研究作者寫(xiě)道：“這項(xiàng)研究闡明了離子結(jié)合對(duì)熱失控的關(guān)鍵影響，并建立了一種有效的策略，以延長(zhǎng)安培小時(shí)級(jí)鋰離子電池的循環(huán)壽命、提高截止電壓和增強(qiáng)安全性?！?/p>