若發(fā)生短路，聚合物基體材料會(huì)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(chǎn)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(shù)研究所(FraunhoferFEP)開發(fā)了這項(xiàng)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(dòng)汽車日益普及，這種新型集流器作為一種內(nèi)置安全機(jī)制，可在防止鋰離子電池起火方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。
防止熱失控
這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)旨在解決傳統(tǒng)鋰離子電池固有的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。這種風(fēng)險(xiǎn)通常由過充、組件損壞或過熱引起的“熱失控”導(dǎo)致。
電動(dòng)汽車電池起火難以撲滅，因?yàn)殡姵夭⒎且粋€(gè)單一單元。實(shí)際上，它由許多堆疊在一起的獨(dú)立電芯組成。一旦某個(gè)電芯因化學(xué)反應(yīng)起火，如同熱失控一樣，其產(chǎn)生的強(qiáng)烈熱量會(huì)迅速蔓延至相鄰電芯，直至整個(gè)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(guān)重要。如果發(fā)生短路，聚合物基體材料會(huì)直接熔斷，瞬間切斷電流路徑。
這阻止了熱量積聚，直接預(yù)防了危險(xiǎn)的熱失控。它相當(dāng)于電池內(nèi)部集成的安全保險(xiǎn)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(shù)精確地施加這些金屬涂層。
技術(shù)項(xiàng)目經(jīng)理克勞斯·盧伯(ClausLuber)表示：“挑戰(zhàn)在于如何設(shè)計(jì)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(shí)金屬層能具有最佳的導(dǎo)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(dá)1微米。
對于兩種金屬，該工藝都生產(chǎn)出了致密、無褶皺的薄膜，使其非常適合集成到電池生產(chǎn)中。
性能證明一切。項(xiàng)目合作伙伴布倫瑞克工業(yè)大學(xué)(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(xué)性能進(jìn)行了測試，并與傳統(tǒng)的參考電池進(jìn)行了比較?！?/p>
新聞稿補(bǔ)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(dāng)?！?/p>
研究團(tuán)隊(duì)表示，利用這種新的卷對卷方法，可以大規(guī)模生產(chǎn)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(chǔ)存更多電力，這意味著手機(jī)可能續(xù)航更久，或者電動(dòng)汽車的行駛里程更長。
如果出現(xiàn)問題導(dǎo)致電池短路，這種新型集流器的設(shè)計(jì)能夠防止危險(xiǎn)的過熱和潛在的火災(zāi)。
這一發(fā)展為電池制造商奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，以開發(fā)出性能更優(yōu)的下一代鋰離子電池。
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