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南洋理工大学开发“抗短路层” 可防止电池起火

盖世汽车 Elisha 2021-09-16 14:56:44

盖世汽车讯 据外媒报道,新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的材料科学家开发了一种防止电池内部短路的方法,这是锂离子电池起火的主要原因。

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(图片来源:南洋理工大学)

随着电动汽车、手机、个人移动设备的发展,全球电池需求也将增长。预计到2030年,仅电动汽车每年就需要2700 GWh的锂离子电池。即使估计故障率低于百万分之一,2020年,新加坡仍出现了26起电动助力自行车火灾和42起个人移动设备起火事故。

在大多数锂离子电池火灾中,起因在于锂枝晶积聚。当电池充电时,枝晶穿透电池正负极之间的隔板,从而造成短路并引起火灾。为了防止发生短路现象,该校材料科学和工程学院的Xu Zhichuan教授及其团队发明了一种额外的“抗短路层”,可将其覆于隔板上,以阻止枝晶接触正极。

Xu教授表示:“我们知道,当锂离子电池工作时,在充放电循环过程中,锂离子必须在正负极之间移动。然而,对于当前的商用锂离子电池来说,这意味着枝晶形成是无法避免的。为了阻止枝晶形成,我们决定利用其固有性质,在隔板上额外涂覆一层导电材料,以便这些枝晶与之接触。一旦枝晶形成连接,就无法再继续生长,从而阻止其影响另一侧。”

“抗短路层”如何工作?

锂离子电池可以比作图书馆里两个相对的书架(正极和负极),由过道(隔板)隔开。当电池充电时,锂离子从正极移动至负极;放电时,反之亦然。NTU的“抗短路层”(anti-short layer)类似于将图书馆的桌子放在两个书架之间的过道中。当用过的书逐渐堆积,快要碰到图书馆的桌子时,就会在那里停下来,便于图书管理人员继续整理另一侧。

在实验室中,该研究团队在50个不同锂离子电池成分的电芯上测试其技术。在充电阶段,未检测到短路现象。甚至在电池电芯已经超出其使用周期时,也是如此。抗短路层用的是电池制造过程中常用的材料,可以轻松集成至现有隔板制造工艺中,便于生产企业采用和扩大规模。该团队估计,采用这种技术后,其成本将比现有的锂离子电池生产成本高出约5%。

Durapower集团首席执行官Kelvin Lim表示:“这项新发明将有助于提高锂离子电池的安全性和寿命,从而延长电动汽车的行驶里程,以及电池储能解决方案的运行时间。”

能源储存技术公司V-Flow Tech的首席执行官兼联合创始人Avishek Kumar博士表示:“这项发明解决了锂离子储能解决方案中最关键的热失控问题,将成为大规模采用锂离子储能技术的最大推动因素之一。”