2021年9月15日消息，新加坡南洋理工大學(xué)（NTUSingapore）的材料科學(xué)家找到了一種防止內(nèi)部短路的方法，內(nèi)部短路是鋰（Li）離子電池起火的主要原因。

JasonXu教授（右）右手拿著一個(gè)短路的電池，以及一個(gè)采用新南大防短路層技術(shù)的鋰離子電池。余凌輝博士（左后）手拿電池隔膜上的防短路層。：新加坡南大

每年生產(chǎn)數(shù)十億個(gè)鋰離子電池，用于手機(jī)、筆記本電腦、個(gè)人移動設(shè)備以及電動汽車和飛機(jī)的巨大電池組。

全球電池需求將會增長，到2030年僅電動汽車每年就需要價(jià)值2,700GWh的鋰離子電池，相當(dāng)于約2,250億個(gè)手機(jī)電池。

即使估計(jì)故障率低于百萬分之一，2020年新加坡仍有26起電動助力自行車起火和42起個(gè)人移動設(shè)備起火。

在大多數(shù)鋰離子電池起火中，起火的原因是鋰沉積物的積聚，稱為枝晶（細(xì)小的線狀卷須），當(dāng)它們穿過電池的正（陰極）和負(fù)（陽極）電極之間的隔板時(shí)它正在充電，造成短路，導(dǎo)致不受控制的化學(xué)火災(zāi)。

為了防止這種短路的發(fā)生，材料科學(xué)與工程學(xué)院的徐志川教授和他的研究團(tuán)隊(duì)在隔膜上發(fā)明了一個(gè)額外的“防短路層”，防止任何枝晶到達(dá)陰極。

“我們知道，要讓鋰離子電池正常工作，鋰離子必須能夠在充電和放電循環(huán)期間在正極和負(fù)極之間移動，”南洋理工大學(xué)能源研究所(ERI@N)儲能和可再生能源產(chǎn)業(yè)集群總監(jiān)的徐教授解釋說：“然而，鋰離子的轉(zhuǎn)移也意味著枝晶的形成對于目前的商用鋰離子電池來說是不可避免的。”

我們沒有阻止枝晶的形成，而是決定通過在隔膜上涂覆一層額外的導(dǎo)電材料來利用它們的內(nèi)在特性，以便這些枝晶與之連接。一旦枝晶建立連接，它將無法繼續(xù)它們的連接。進(jìn)一步增長，從而阻止他們到達(dá)另一邊。

“反短路層”的工作原理

鋰離子電池可以比作圖書館中的兩個(gè)書架，它們彼此相對（陰極和陽極），由通道（隔板）隔開。電池充電時(shí)，鋰離子從陰極轉(zhuǎn)移到陽極，放電時(shí)，鋰離子反之。

南大的“反短層”類似于在過道中間的兩個(gè)書架之間放置一個(gè)圖書管理員的辦公桌——這樣當(dāng)舊書的堆積到達(dá)圖書管理員的辦公桌（樹突）時(shí)，它們就會停在那里，而圖書管理員繼續(xù)與對方互動。

徐教授的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中對50多種不同鋰離子電池成分的電池進(jìn)行了測試，即使電池在其生命周期之外使用，在充電階段也沒有檢測到短路。

防短路層是電池制造中常用的材料，可以輕松集成到當(dāng)前的隔膜制造工藝中，便于企業(yè)采用和擴(kuò)大規(guī)模。該團(tuán)隊(duì)估計(jì)，采用這項(xiàng)技術(shù)后的成本增加將比鋰離子電池的現(xiàn)有生產(chǎn)成本高出5%左右。

NTU防短路層（右上方由鑷子夾住）可防止鋰離子電池發(fā)生短路。：新加坡南大

Durapower集團(tuán)首席執(zhí)行官KelvinLim對該技術(shù)的潛力發(fā)表了獨(dú)立評論說：“這項(xiàng)技術(shù)突破對我們目前嚴(yán)重依賴鋰離子電池的電動汽車和固定儲能應(yīng)用的業(yè)務(wù)具有重要意義。同時(shí)，這項(xiàng)新發(fā)明將有助于提高鋰離子電池的安全性并延長其使用壽命，這意味著電動汽車的行駛里程更長，電池儲能解決方案的運(yùn)行時(shí)間更長。”

儲能技術(shù)公司V-FlowTech首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人AvishekKumar博士在獨(dú)立發(fā)言時(shí)表示，“這項(xiàng)發(fā)明解決了鋰離子儲能解決方案中最關(guān)鍵的熱失控問題，將證明成為大規(guī)模采用鋰離子儲能技術(shù)的最大推動者之一。”