美国学者研发“剪切增稠”电解质!提升锂离子电池安全性避免火灾

2019-07-11 11:22  来源:电池中国  浏览:  

尽管电动汽车非常先进,但是其动力来源是一个致命弱点。电动汽车中常用的电池类型之一便是锂离子电池,但是因碰撞或是其他对汽车施加的冲击会导致锂离子电池起火或爆炸,冲击会导致电极内部短路,因“热失控”,小火会蔓延至整个电池以及汽车的其他部分。

美国阿克伦大学高分子科学副教授Yu Zhu博士表示:“尽管大家在电池热管理方面已经做出了很大的努力,但是最近电动汽车电池起火和爆炸的事故还是让公众很担忧。在大多数情况,电池只有受到外部冲击或撞击等不正常的情况下,才会着火。”

Zhu博士和其高分子科学和高分子工程学研究生团队合作,通过创造一个“剪切增稠”电解质(一种能够在冲击下变得更加浓稠的物质),以提升锂离子电池的安全性。该电解质放置在阳极和阴极之间,使阳极和阴极能够抗击冲击,因而在任何碰撞事故下,都不会引起电池起火或爆炸。而在正常情况下,该新型电解质会保持柔软状态。

Zhu博士表示:“电动汽车中锂离子电池的阳极和阴极被一个非常柔软的薄膜以及液体电解质分离开,只将液体电解质替换成固体电解质仍是一项极具挑战性的任务,因为此两种电解质都是多孔结构,需要液体填充孔隙。因此,我们在正常情况下,仍使用类似液体的电解质,但是在冲击情况下,该液体电解质可以增强自己的机械强度,因此,我们研发出剪切增稠电解质。”

可以将该电解质想象成水与面粉的混合物,当用手慢慢搅拌面粉和水时,会感受到一丝阻力。但是,如果加快搅拌速度,会明显感觉到很大的阻力。事实上,保龄球可以在水与面粉形成的表面上反弹回来,水与面粉组成的表面在受到冲击的情况下,表现犹如固体。

具有此种特性的液体称为膨胀物,是一种非牛顿流体。如果电解质也是一种膨胀物,则其可在电池受到外部冲击时,防止电池短路。但是,制成剪切增稠电解质可比混合面粉和水要困难得多了,因为电解质的成分很复杂,包含不同的离子、溶剂和各种添加剂。

Zhu表示:“在初步研究中,我们展示了一种改性低成本玻璃纤维,能够生产剪切增稠电解质,而此类电解质可与商用锂离子电池兼容,表现出非常好的抗冲击性能。与传统的液体电解质相比,此类剪切增稠电解质不会显著降低锂离子电池的性能。在受到冲击时,该电解质会立刻成为固体,并且会因剪切增稠效应,产生更大的力以对抗外部冲击。该解决方案可作为电池组外部热管理系统的补充方案,因为电池组外部热管理系统往往无法应对电池突然遭受外部冲击的情况。”

此外,Zhu表示该研究非常新颖,可以提升锂离子电池的安全性,特别是提升用于电动汽车的锂离子电池的安全性。而且,该剪切增稠电解质还可用于其他用途,如用于防弹储能设备。

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