若發(fā)生短路,聚合物基體材料會熔斷,瞬間切斷電流路徑。
德國研究人員開發(fā)出一種新的卷對卷生產工藝,旨在提高鋰電池的安全性并提升其能量密度。
弗勞恩霍夫電子束和等離子體技術研究所(FraunhoferFEP)開發(fā)了這項工藝,用于制造鋰離子電池的一種新型組件——聚合物基金屬集流器(metal-on-polymercurrentcollectors)。
隨著電動汽車日益普及,這種新型集流器作為一種內置安全機制,可在防止鋰離子電池起火方面發(fā)揮關鍵作用。
防止熱失控
這項創(chuàng)新技術旨在解決傳統(tǒng)鋰離子電池固有的火災風險。這種風險通常由過充、組件損壞或過熱引起的“熱失控”導致。
電動汽車電池起火難以撲滅,因為電池并非一個單一單元。實際上,它由許多堆疊在一起的獨立電芯組成。一旦某個電芯因化學反應起火,如同熱失控一樣,其產生的強烈熱量會迅速蔓延至相鄰電芯,直至整個電池包被火焰吞噬。
新型集流器采用聚合物薄膜替代了傳統(tǒng)的金屬箔片,該薄膜兩面均鍍有薄薄的鋁層或銅層。
這一看似微小的改變帶來了巨大優(yōu)勢。首先,它減輕了集流器的重量,從而提高了電池電芯的能量密度。功率更大,體積更小。
但更重要的是,它對安全至關重要。如果發(fā)生短路,聚合物基體材料會直接熔斷,瞬間切斷電流路徑。
這阻止了熱量積聚,直接預防了危險的熱失控。它相當于電池內部集成的安全保險絲。
弗勞恩霍夫FEP研究所完善了一種卷對卷工藝,利用電子束蒸鍍技術精確地施加這些金屬涂層。
技術項目經理克勞斯·盧伯(ClausLuber)表示:“挑戰(zhàn)在于如何設計聚合物薄膜和涂層工藝,使得集流器的厚度能與現(xiàn)有金屬薄膜相媲美,同時金屬層能具有最佳的導電性。”
他們成功了!
更安全的未來電池
該工藝成功地在聚合物薄膜上沉積了銅和鋁的雙面涂層,每層厚度高達1微米。
對于兩種金屬,該工藝都生產出了致密、無褶皺的薄膜,使其非常適合集成到電池生產中。
性能證明一切。項目合作伙伴布倫瑞克工業(yè)大學(TUBraunschweig)已將這種新型聚合物基金屬集流器集成到軟包電池中。
研究人員指出:“對這些電池的電化學性能進行了測試,并與傳統(tǒng)的參考電池進行了比較?!?/p>
新聞稿補充道:“在這些測試中,使用聚合物基金屬集流器的電池,在不同充放電速率下的性能和循環(huán)穩(wěn)定性方面,表現(xiàn)與參考電池相當?!?/p>
研究團隊表示,利用這種新的卷對卷方法,可以大規(guī)模生產這些新型聚合物基金屬電池部件。
這些新部件有助于電池在相同體積下儲存更多電力,這意味著手機可能續(xù)航更久,或者電動汽車的行駛里程更長。
如果出現(xiàn)問題導致電池短路,這種新型集流器的設計能夠防止危險的過熱和潛在的火災。
這一發(fā)展為電池制造商奠定了堅實的基礎,以開發(fā)出性能更優(yōu)的下一代鋰離子電池。
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巴以烽煙再起!究竟誰才是這里真正的主人?一文講清楚
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