鉅大LARGE | 點擊量：2796次 | 2018年05月26日
美國科學家改進鋰電池設計 解決內部短路問題
日前，美國能源部國家可再生能源實驗室的研究學者對外表示已經研發出了一種內部短路器同時還成功申請到了專利保護。通過該短路器可以模擬仿真那些可能引起鋰離子電池溫度升高最終導致熱量流失的內部缺陷問題。內部短路器研發的最主要目的就是為了通過對鋰離子電池內部缺陷進行模擬仿真從而確定導致電池溫度升高、熱量流失的根本原因，最終改善鋰離子電池的設計。
在研發過程中，美國國家可再生能源實驗室與美國國家特種航天局進行了項目合作。其中主要的合作內容就是為了通過共同努力而研究出一種全新的、精準度更高的內部短路器，從而對電池內部短路后進行后續行為預測，最終在進行單個電池或電池堆棧設計時可以建立相應的安全機制。截止至目前，以上內部短路器項目的首批產品已經成功應用到了美國國家可再生能源實驗室、美國國家特種航天局以及鋰電池生產廠商中，通過以上內部短路器產品可以有效幫助以上用戶學習到電池內部缺陷的影響以及相應的解決措施。
在鋰電池內部短路問題的發生一般是由多種因素造成的，其中最根本的原因還是一些內部的微小缺陷造成的。例如在電池的制造過程中如果不小心加入了一點微小的外來物質那么此時電池就將存在一些內部缺陷。
通過美國國家可再生能源實驗室的內部短路器不僅可以預測電池的工作走勢，同時還可以預防周圍環境對電池造成影響從而造成熱量流失。如果電池內部確實發生了短路問題，那么將熱量流失限制在某一個電池單元內將可以有效降低整個電池組的損壞程度。內部短路器的應用可以幫助鋰電池制造廠商優化設計其電池結構從而使得整個電池的熱量流失問題最小化，其中對電池結構的優化設計常用的措施包括在電池單元之間增加保護屏障、確保電池單元流失的局限性以及在電池單元電力連接之間建立一種特殊的預防機制。
全新內部短路器對于目前的內部短路措施而言是一種革命性的創新設計。目前能夠主動促使電池內部短路的措施主要包括釘子穿刺、硬桿穿刺、沖擊電池、為電池加反向電壓以及增加電池的溫度等。作為一種內置在電池內部的結構，經過測試發現內部短路器其可以有效模擬電池的內部缺陷問題。與此同時，通過內部短路器的應用還可以在不損壞電池外部結構的前提下對電池內部短路進行實驗研究。
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%
與傳統的電池內部短路措施相比，內部短路器作為一種完全內置在電池內部的熱管理開關，其工作過程相當可靠同時其還具有相當的可控性。其也可以放置在電池內部的任意位置，同時還能模擬所有的四種短路方式，其中包括電極-電極短路、電極-陰極短路、電極-陽極短路以及陰極-陽極短路，不同的短路方式對應著不同的反應。
全新內部短路器內部結構由一個小的銅鋁圓盤、一個銅球、聚乙烯或聚丙烯分離器以及一層蠟膜(蠟膜厚度與一根頭發絲直徑相當)組成。在將內部短路器置入到電池后通過對內部短路器進行加熱可以使得其表面的蠟膜融化，這樣一來就可以使得短路器內部的金屬部件相互接觸從而最終觸發短路。在電池內部發生短路后布置在電池內外的傳感器就開始工作對電池的后續反應進行記錄。
針對內部短路器進行更深一步的研究就是其蠟膜問題。石蠟的融化溫度為30℃-150℃，但是研究人員發現石蠟材質用于以上內部短路器中有些韌性不足容易發生碎裂，在嵌入到電池的過程中就可能因為這個原因而破碎。最終研究人員選擇采用了微晶石蠟，該石蠟材質韌性更強，同時其也廣泛應用于化妝品、發膠等非工業應用領域。通過將以上微晶石蠟與普通石蠟進行混合就可以得到附著力、柔韌性和硬度均滿足內部短路器使用要求的石蠟材質。
截止至目前，Keyser與其研究小組針對內部短路器技術已經進行了為期超過5年的研究。現在其正在與各個電池生產廠家進行協商具體的商業化合作問題其最終目的就是了推動其內部短路器的大范圍應用。
美國國家可再生能源實驗室表示將繼續與美國國家特種航天局在航天用電池安全方面保持合作關系。與此同時已經有越來越多的電池制造廠商開始接受使用以上全新內部短路器。除了內部短路器外，美國國家可再生能源實驗室的研究人員還針對電池的安全性問題從多個物理層面采用了多種模型、多種仿真工具進行了全面的研究。在分子層面，電池電極表面的優化設計可以有效降低電極分解以及相應的氣體產生問題的產生;而在電池組層面，通過模擬仿真得到了電池組過度使用情況下的內部壓力變化趨勢。
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