如何減少鋰電池爆炸造成的損害？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-11-09 21:37
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電池會說:小心，我要爆炸了!
如果有一天，你的智能設備推送一條緊急信息:“主人，電池有爆炸的危險!”這可能會減少鋰電池爆炸造成的損害。
斯坦福大學(Stanford university)的科學家開發(fā)出一種智能鋰電池，它可以探測到自身內部的短路，并在電池過熱并起火前通知主人。
這項新技術將使全球數億設備受益，包括手機、個人電腦和其他電子產品，甚至可以用于汽車和飛機的鋰離子電池。
這項研究發(fā)表在10月份的《自然》雜志上。果殼網就此進行了采訪。
“我們的目標是創(chuàng)建一個能夠拯救生命和保護財產的報警系統(tǒng)，”這篇論文的通訊作者、斯坦福大學材料科學與工程系的助理教授說。這項技術可以檢測到正常使用電池時可能出現的問題，但不適用于意外碰撞或其他意外損壞。”
近年來，一系列重大事件引發(fā)了人們對鋰離子電池安全性的擔憂。2006年，索尼召回了數以百萬計的鋰離子電池，此前這些電池引發(fā)了數十起筆記本電腦起火事件。該公司表示，原因可能是鋰離子電池在生產過程中混入了微小的金屬雜質，導致電池短路。
“不好的事情發(fā)生的幾率可能是萬分之一，但這仍然是個大問題。”“考慮到數以億計的個人電腦和手機的銷量，電池起火可不是件小事。我們希望將電池著火的幾率降低到十億分之一，甚至是零。”
典型的鋰電池有兩個緊湊的電極:一個碳陽極和一個鋰氧化物陰極。在兩個電極之間，有一個超薄的聚合物屏障將兩個電極隔開。如果這層聚合物被破壞，它會短路電池，點燃用來輸送鋰離子的電解質溶液。
“它的材料和塑料瓶一樣。”它是多孔的，允許鋰離子在電池的充放電電極之間流動。
制造缺陷，如混合金屬和灰塵顆粒，會穿透隔膜并引發(fā)短路——就像2006年索尼召回的鋰離子電池一樣。此外，如果電池充電過量或溫度過低，可能會發(fā)生短路。
“過度充電會導致鋰離子在陽極積聚，形成一種叫做‘枝晶鏈’的鋰金屬，”崔解釋說。枝晶可以穿透多孔的聚合物屏障，最終與陽極和陰極接觸，導致短路。”
在過去的幾年里，崔和他的同事一直在考慮建立一個智能反饋機制來監(jiān)測樹突是否到達陰極，以便在短路前發(fā)出警告。為了解決這個問題，他們在聚合物阻擋層的一側安裝了一個銅納米層，在陰極和陽極之間制造了一個“第三電極”。
“它就像一個傳感器，測量陽極和聚合物屏障之間的電壓差，”卓解釋說。當枝晶達到銅涂層時，銅涂層和絕緣層之間的電壓差降至零，我們知道，枝晶已經成長為銅涂層——這是電池處于潛在短路爆炸危險的一個警告。”
樹突很可能在電池充電時生長。如果電壓差降至零，用戶的智能設備將收到一條信息，告訴用戶電池可能需要更換或修理。
“這會給你足夠的時間準備。”但當你看到電池冒煙或著火時，就有點晚了。這就是我們想要制造這個設備的原因:它能讓你提前知道我的電池有危險。”
除了監(jiān)測電壓差，它還可以通過簡單地測量絕緣層和陰極之間的電阻來確定樹突是否已經穿透銅涂層。
“與聚合物阻擋層相比，銅涂層只有50納米厚，是阻擋層的1/500。”但是銅涂層也是多孔的，像絕緣層一樣，不會影響鋰離子的流動。
他說，銅涂層不會改變電池的性能，但會盡可能地保證它的安全性，并讓用戶提前三小時知道短路的危險。
如今，大多數鋰離子電池用于小型電子設備，但隨著電動汽車市場的擴大和航空電子產品對鋰離子電池的需求增長，崔說他希望將自己的研究應用于這些領域，以避免以后出現更大的安全問題。
