如何减少锂电池爆炸造成的损害？
来源：宝鄂实业
2019-11-09 21:37
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电池会说:小心，我要爆炸了!
如果有一天，你的智能设备推送一条紧急信息:“主人，电池有爆炸的危险!”这可能会减少锂电池爆炸造成的损害。
斯坦福大学(Stanford university)的科学家开发出一种智能锂电池，它可以探测到自身内部的短路，并在电池过热并起火前通知主人。
这项新技术将使全球数亿设备受益，包括手机、个人电脑和其他电子产品，甚至可以用于汽车和飞机的锂离子电池。
这项研究发表在10月份的《自然》杂志上。果壳网就此进行了采访。
“我们的目标是创建一个能够拯救生命和保护财产的报警系统，”这篇论文的通讯作者、斯坦福大学材料科学与工程系的助理教授说。这项技术可以检测到正常使用电池时可能出现的问题，但不适用于意外碰撞或其他意外损坏。”
近年来，一系列重大事件引发了人们对锂离子电池安全性的担忧。2006年，索尼召回了数以百万计的锂离子电池，此前这些电池引发了数十起笔记本电脑起火事件。该公司表示，原因可能是锂离子电池在生产过程中混入了微小的金属杂质，导致电池短路。
“不好的事情发生的几率可能是万分之一，但这仍然是个大问题。”“考虑到数以亿计的个人电脑和手机的销量，电池起火可不是件小事。我们希望将电池着火的几率降低到十亿分之一，甚至是零。”
典型的锂电池有两个紧凑的电极:一个碳阳极和一个锂氧化物阴极。在两个电极之间，有一个超薄的聚合物屏障将两个电极隔开。如果这层聚合物被破坏，它会短路电池，点燃用来输送锂离子的电解质溶液。
“它的材料和塑料瓶一样。”它是多孔的，允许锂离子在电池的充放电电极之间流动。
制造缺陷，如混合金属和灰尘颗粒，会穿透隔膜并引发短路——就像2006年索尼召回的锂离子电池一样。此外，如果电池充电过量或温度过低，可能会发生短路。
“过度充电会导致锂离子在阳极积聚，形成一种叫做‘枝晶链’的锂金属，”崔解释说。枝晶可以穿透多孔的聚合物屏障，最终与阳极和阴极接触，导致短路。”
在过去的几年里，崔和他的同事一直在考虑建立一个智能反馈机制来监测树突是否到达阴极，以便在短路前发出警告。为了解决这个问题，他们在聚合物阻挡层的一侧安装了一个铜纳米层，在阴极和阳极之间制造了一个“第三电极”。
“它就像一个传感器，测量阳极和聚合物屏障之间的电压差，”卓解释说。当枝晶达到铜涂层时，铜涂层和绝缘层之间的电压差降至零，我们知道，枝晶已经成长为铜涂层——这是电池处于潜在短路爆炸危险的一个警告。”
树突很可能在电池充电时生长。如果电压差降至零，用户的智能设备将收到一条信息，告诉用户电池可能需要更换或修理。
“这会给你足够的时间准备。”但当你看到电池冒烟或着火时，就有点晚了。这就是我们想要制造这个设备的原因:它能让你提前知道我的电池有危险。”
除了监测电压差，它还可以通过简单地测量绝缘层和阴极之间的电阻来确定树突是否已经穿透铜涂层。
“与聚合物阻挡层相比，铜涂层只有50纳米厚，是阻挡层的1/500。”但是铜涂层也是多孔的，像绝缘层一样，不会影响锂离子的流动。
他说，铜涂层不会改变电池的性能，但会尽可能地保证它的安全性，并让用户提前三小时知道短路的危险。
如今，大多数锂离子电池用于小型电子设备，但随着电动汽车市场的扩大和航空电子产品对锂离子电池的需求增长，崔说他希望将自己的研究应用于这些领域，以避免以后出现更大的安全问题。
