當(dāng)一根釘子打穿鋰離子電池電池時(shí)，會(huì)發(fā)生什么？觀察到這一過程的研究人員聲稱，他們已經(jīng)開發(fā)出一種基于聚合物的方法，可以對(duì)抗鋰離子電池固有的相關(guān)火災(zāi)危險(xiǎn)。

 

來自美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）、美國宇航局（NASA）、倫敦大學(xué)學(xué)院、英國迪德科特的法拉第研究所、倫敦的國家物理實(shí)驗(yàn)室和法國的歐洲同步加速器的學(xué)者們，將釘子打入汽車應(yīng)用中常用的圓柱形“18650電池”（尺寸為18x65mm）。研究人員試圖重現(xiàn)電動(dòng)汽車（EV）電池在碰撞中必須承受的機(jī)械應(yīng)力。

 

釘子會(huì)觸發(fā)電池內(nèi)部的短路，從而導(dǎo)致其溫度上升。為了更詳細(xì)地研究當(dāng)釘子穿透電池時(shí)，電池內(nèi)部究竟發(fā)生了什么，研究人員使用了一臺(tái)高速X射線攝像機(jī)，以每秒2000幀的速度捕捉這一事件。

 

NREL的工作人員科學(xué)家Donal Finegan說：“當(dāng)電池真的發(fā)生故障時(shí)，它的故障速度非?？欤运梢栽趲酌腌妰?nèi)從完全完好無損到被火焰吞噬并完全摧毀。速度非常快，非常難以理解這兩秒鐘內(nèi)發(fā)生的事情。但了解到底發(fā)生了什么也非常重要，因?yàn)閷?duì)這兩秒鐘的管理才是提高電池安全性的重要因素。”

 

如果不加以節(jié)制，引起的熱失控的電池溫升已被證明會(huì)超過800攝氏度。

 

電池單元包含鋁和銅的集流器，研究小組使用涂有鋁的聚合物來發(fā)揮同樣的作用，并觀察到他們的集流器在高溫下收縮，隨即立即逮捕電流的流動(dòng)。短路熱使聚合物收縮，反應(yīng)在釘子和負(fù)極之間形成物理屏障，停止了短路。

 

在實(shí)驗(yàn)過程中，所有沒有聚合物集流器的電池，如果釘子被打穿，就會(huì)爆燃。相比之下，裝有聚合物的電池都沒有表現(xiàn)出這種行為。

 

Finegan說：“電池發(fā)生災(zāi)難性故障的情況非常罕見，但當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，它可能會(huì)造成很大的破壞。不僅是對(duì)相關(guān)人員的安全和健康，對(duì)一個(gè)公司來說也是如此。”

 

 

考慮到正在集成電池單元的公司，NREL指出了其電池故障數(shù)據(jù)庫，其中有數(shù)百個(gè)鋰離子電池濫用測試產(chǎn)生的數(shù)百個(gè)放射視頻和溫度數(shù)據(jù)點(diǎn)。

 

Finegan說：“小型制造商并不總是有時(shí)間和資源來以我們?cè)谶^去五到六年中如此嚴(yán)格的方式測試電池。”

 

俄羅斯的研究人員最近也萌生了利用聚合物來防止電池起火的想法。圣彼得堡大學(xué)電化學(xué)系教授Oleg Levin和同事開發(fā)出了一種使用聚合物的方法，并申請(qǐng)了專利，這種聚合物的電導(dǎo)率會(huì)隨著熱量或電壓的變化而改變。該團(tuán)隊(duì)將這種方法稱為 ＂化學(xué)引信＂。

 

據(jù)微鋰電小組了解，目前，俄羅斯科學(xué)家的這種聚合物只適用于磷酸鐵鋰（LFP）電池，因?yàn)椴煌年帢O成分在不同的電壓水平下工作。對(duì)于LFP電池來說就是3．2V。競爭對(duì)手的鎳錳鈷（NMC）陰極的工作電壓則在3．7V至4．2V之間，這取決于NMC電池的類型。