鉅大LARGE | 點擊量：386次 | 2023年11月06日
科學家開發出一種新技術來防止鋰電池著火
小組負責人兼圣彼得堡大學電化學系教授奧列格·萊文（OlegLevin）說，鋰離子電池著火的危險性在世界范圍內廣泛存在，這種故障對智能手機和電動汽車都可能造成嚴重影響。從2012年到2018年，僅在美國就報告了25,000起由各種設備引起的火災。早些時候，從1999年到2012年，報告了1,013例。他說，著火事件的數量和所使用電池的數量都在增加。
鋰離子電池著火或爆炸的主要原因包括過度充電，短路等。電池過熱，并且電池單元進入熱失控狀態。將溫度升高到70或90°C會導致危險的化學反應，可能導致溫度進一步升高，并因此引起火災或爆炸。為了防止電池著火，我們可以使用相鄰的設備，即電子微電路。它跟蹤電池的所有參數，并在緊急情況下可以關閉電池。然而，大多數火災是由于制造缺陷引起的電子微電路故障而引起的。
這就是為什么基于化學反應來開發電池的安全策略以阻止電池組內部的電流流動特別重要的原因。為此，我們建議使用一種特殊的聚合物。它的導電性可以適應電池中的電壓波動。如果電池正常工作，則聚合物不會阻止電流流動。如果電池過度充電，發生短路或電池電壓降至正常工作水平以下，則聚合物會進入所謂的隔離器，斷路器模式。
萊文教授說，有些聚合物在加熱時會改變電阻。我們在使用這項技術時（包括在圣彼得堡的公司中）遇到的問題是，如果聚合物開始作為隔離器工作，則意味著電池已經過熱，導致危險的過程無法僅僅通過破壞而停止電路。這使得該技術遠非有效。然而，這些進步引起了人們對尋找新技術的興趣，這些新技術包括能夠在電池開始過熱之前調節電壓的聚合物。
“我與我在工業系電化學專業的研究生EvegeniiBeletskii合作。他在開發電池安全系統方面擁有豐富的經驗。這有助于我們進行了該項目的實驗部分，該部分側重于聚合物的工作原理。電化學系的研究生安娜·費多羅娃（AnnaFedorova）也曾在工業界工作。在該項目中，她主要關心計算材料的物理和化學性質，”奧列格·萊文（OlegLevin）說。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
該項目歷時兩年。在該技術開發項目開始之前的六年中，科學家們進行了基礎研究，以研究多種聚合物的物理和化學性質。他們發現了一類能隨電壓改變電阻的聚合物。這就是科學家們關注的重點。
“開發“化學熔絲”的最困難的部分是找到一種活性聚合物。我們知道各種各樣的此類聚合物。然而，選擇一個合適的原型來制造原型是一件很難的事情，”奧列格·萊文（OlegLevin）說。``此外，我們必須通過開發工業版本來提高技術水平，以表明我們已經提出了有效的電池安全策略的想法。因此，我們不得不購買許多新設備，以進行原型設計和調整技術以與鋰離子電池一起使用。”
這種安全技術與眾不同的是高可擴展性。例如，傳統的調節保護電路有多大取決于電池的電量。因此，電動汽車的動力電池方案將既龐大又昂貴。縮放“化學熔斷器”很簡單，因為它被應用在內部集電器的整個表面上。
鋰離子電池使用不同類型的陰極，即帶正電的電極，電子通過該電極進入電氣設備。它們具有不同的工作電壓。因此，安全聚合物應相應地反應。我們設法找到一種僅適用于一種電池的聚合物，即磷酸鋰鐵電池。改變聚合物的結構可能會導致其導電率發生變化，從而使其適合于當今市場上其他類型的陰極。我們對如何通過在聚合物中添加安全成分以適應電池溫度水平的變化，使這種安全策略更具通用性有一些想法。預計這將消除與電池相關的所有火災隱患，”奧列格·萊文（OlegLevin）說。
在發表該文章之前，圣彼得堡大學已獲得此項技術的專利。科學家們目前正在準備一個真實尺寸的受保護電池模型，以向潛在投資者展示它們。
