如何防止鋰電池液體電解質(zhì)短路和著火？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-27 17:19
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我們使用的智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦大多使用鋰離子電池等電解質(zhì)液體，但這些都是非常易燃的液體電解質(zhì)，從這方面考慮，固體電解質(zhì)可能更安全，但固體電解質(zhì)本身沒有規(guī)律性，在使用時(shí)需要非常謹(jǐn)慎。麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種雙鋰離子電池，它結(jié)合了液體和固體電解質(zhì)，利用光滑的固體電解質(zhì)表面防止液體電解質(zhì)短路和著火。
電池中的電解質(zhì)是正極和負(fù)極之間的物質(zhì)。當(dāng)電池充電或放電時(shí)，離子從一個(gè)電極通過(guò)電解質(zhì)傳到另一個(gè)電極。通常使用的液體電解質(zhì)是易燃的，它們也很容易形成樹突，這會(huì)導(dǎo)致短路并損壞電池。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員嘗試使用固體電解質(zhì)，如特殊的陶瓷材料，以消除短路的易燃性風(fēng)險(xiǎn)。
鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜和電解液，以及結(jié)構(gòu)件等部分組成，在鋰離子電池的外部，通過(guò)導(dǎo)線和負(fù)載等，將負(fù)極的電子傳導(dǎo)到正極，而在電池內(nèi)部，正負(fù)極之間則通過(guò)電解液進(jìn)行連接，在放電的時(shí)候，Li+通過(guò)電解液從負(fù)極擴(kuò)散到正極，嵌入到正極的晶體結(jié)構(gòu)之中。所以在鋰離子電池中，電解液是非常重要的一環(huán)，對(duì)鋰離子電池的性能有著重要的影響。
理想的情況下，正負(fù)極之間應(yīng)該有充足的電解液，在充放電的過(guò)程中都應(yīng)該具有足夠的Li+濃度，從而減小由于電解液的濃差極化造成的性能衰降。但是在實(shí)際充放電過(guò)程中，受制于Li+擴(kuò)散速度等因素，在正負(fù)極會(huì)產(chǎn)生Li+濃度梯度，Li+濃度隨著充放電而波動(dòng)。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝等原因，還會(huì)導(dǎo)致電解液在電芯內(nèi)部的分布不均勻，特別是在充電的過(guò)程中，隨著電極的膨脹，會(huì)在電芯的內(nèi)部形成部分“干區(qū)”，“干區(qū)”的存在導(dǎo)致了能夠參與到充放電反應(yīng)中的活性物質(zhì)減少，引起電池內(nèi)局部SoC不均勻，從而導(dǎo)致電池內(nèi)局部老化速度加快。M.J. Mühlbauer在研究鋰離子電池老化對(duì)Li分布的影響中曾發(fā)現(xiàn)，由于在充放電過(guò)程中，正負(fù)極極片都存在一定體積膨脹，導(dǎo)致電芯也存在一定程度的體積膨脹和收縮，電芯會(huì)如同“呼吸”一般，反復(fù)的“吸入”和“吐出”電解液[1]，所以不同時(shí)刻，電解液在電芯內(nèi)的浸潤(rùn)情況也在實(shí)時(shí)變化
麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)的平滑度是阻止樹突形成的最重要因素。麻省理工學(xué)院的研究人員認(rèn)為，電解液的固定并不決定電池的樹突是否能穿透電解液。研究表明，電解液表面的平整度是防止枝晶形成的重要因素。使用平滑可以消除問(wèn)題的可燃固體聚合物電解質(zhì)的電解液,還可以使用固體金屬鋰作為電池電極,固相結(jié)合的潛力使鋰離子電池電解質(zhì)電池容量又翻了一番,是電池技術(shù)的進(jìn)一步的研究仍然是,盡快將打破瓶頸的電動(dòng)汽車和便攜式設(shè)備。
