電池的安全性是制約電動車普及的重要因素之一。為了提升電動汽車電池的安全性，5月12日，中國工業(yè)和信息化部組織制定的GB 18384-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》、GB 30381-2020《電動汽車安全要求》和GB 38032-2020《電動客車安全要求》三項強制性國家標準，要求電池熱失控須在5分鐘內(nèi)不起火不爆炸。與此同時，國外的企業(yè)和科學家們也在進行研究，致力于制造出“不會著火”的電動汽車電池。
Ecovolta推新電動車電池安全概念 可有效降低電池起火/爆炸風險
瑞士電池制造商Ecovolta正為其鋰離子電池引進一種新安全概念，該概念被證實可以降低電動汽車電池起火和爆炸的風險。該公司采用了由電解鍍鎳冷軋帶材制成的電池接頭，當電流上升時，該接頭可自動將有故障電池組部分與其他部分斷開。在電池組受到機械損傷的情況下，一旦高電流流經(jīng)受損傷的區(qū)域時，該區(qū)域溫度會上升，最終可能會導致爆炸和電池起火。相較之下，Ecovolta的電池組在發(fā)生機械損傷時，只有電池連接處的局部溫度會升高。然后，連接處會融合，將受損的電池與完好的電池組分離開來，電池組的其余部分仍可正常工作，以大大降低電池起火甚至爆炸的風險。 科學家研發(fā)新型柔性鋰離子電池 可被切割但不會起火
圖片來源：約翰·霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室
美國約翰·霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室（Johns Hopkins Applied Physics Laboratory）的一組研究人員設(shè)計了一種柔性鋰離子電池，即使在被切割、被浸沒、被模擬彈道撞擊等極端條件下，該電池都可正常工作，而且現(xiàn)在，該電池還不會著火。研究小組發(fā)現(xiàn)了一種新型water-in-salt（WiS）和water-in-bisalt（WiBS）電解質(zhì)，當與聚合物基質(zhì)合并，可以減少水的活動，提高電池的能量，延長其生命周期，同時消除目前鋰離子電池中易燃、有毒、高活性的溶劑。研究人員表示，該種電解質(zhì)是安全且強大的替代品，完全可以取代現(xiàn)有的電池電解質(zhì)。 英國機構(gòu)研究新型電池冷卻技術(shù) 降低電池起火風險 英國M&I Materials公司、華威大學制造工程學院（WMG）和里卡多咨詢機構(gòu)，聯(lián)手推出i-CoBat項目，旨在開發(fā)和演示新型電動汽車電池冷卻技術(shù)，采用M&I Materials公司的可降解介質(zhì)冷卻液MIVOLT，以測試浸入式冷卻電池組概念。MIVOLT介質(zhì)液體不導電，可直接與電池組接觸，可使其成為介質(zhì)冷卻劑，直接將熱量從電芯表面移走。。采用MIVOLT進行液體浸入式冷卻，可以從熱源開始進行熱傳導，不需要二次間接冷卻系統(tǒng)，從而提供更簡單的熱管理解決方案。這一創(chuàng)新有望提高功率輸出和電池壽命，加快充電速度，同時降低成本，有效解決里程焦慮問題。這不僅僅是保持電池冷卻的問題，而且可以優(yōu)化操作溫度。 密歇根大學采用陶瓷層電解質(zhì) 提升鋰金屬電池性能并預防電池起火 密歇根大學研究人員為鋰金屬電池選用了一款陶瓷質(zhì)地的固態(tài)電解質(zhì)，旨在解決電池短路及耐用性不強等問題，或?qū)樾乱淮潆婋姵氐陌l(fā)展指明道路。為解決鋰金屬易燃問題，研究人員制作了一款陶瓷層，其表面穩(wěn)定，可防止金屬枝晶（metal whiskers）的生成及潛在的電池短路問題，后者或?qū)е码姵仄鸹稹Ｔ撎沾蓪邮沟娩嚱饘俚膬纱髢?yōu)點——能量密度及高導電性得到充分的應(yīng)用，且不存在電池起火或使用期較長出現(xiàn)降解等問題。此外，新款鋰金屬電池技術(shù)不僅能防止起火，還能大幅提升充電速率。 ASU研究人員欲用陶瓷替代電解液 解決鋰離子電池短路及起火問題 亞利桑那州立大學（ASU）的專家們提出用陶瓷來替代易燃的電解質(zhì)，因為大部分電池安全問題都是由于短路引起的，而如果電解質(zhì)易著火，還會引起氣體散發(fā)及材料降解等連鎖反應(yīng)。目前大部分的研究就專注于利用更為穩(wěn)定的固態(tài)材料替代電解液，并維持其較高的離子導電性，以實現(xiàn)電池不易燃。不過，挑戰(zhàn)在于，許多固體電解質(zhì)易碎，因此該團隊正在探索將具有鋰離子導電性的陶瓷納米材料與聚合物相融合，以獲得理想的固態(tài)電解質(zhì)，并確保其具備良好的機械性能、較高的鋰離子導電性及優(yōu)越的安全性。 瑞士研發(fā)全固態(tài)鈉電池 新材料避免起火風險 瑞士聯(lián)邦材料測試與開發(fā)研究所（Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology，EMPA）與瑞士日內(nèi)瓦大學（University of Geneva，UNIGE）的研究人員設(shè)計了新款全固態(tài)（all-solid-state）電池樣品，該款電池能夠存儲更多的電能，同時具有較高的安全性及可靠性。新款電池采用了固態(tài)電解質(zhì)，為防止枝晶（會導致電池短路甚至起火）的形成，采用了金屬陽極，在提升儲能性能的同時確保了電池的安全性。為找到合適的固態(tài)離子導體，讓鈉離子能夠在兩個電極之間移動，以實現(xiàn)充放電，研究人員還研發(fā)了一款硼基物質(zhì)——Na2(B12H12)0.5(B10H10)0.5，這是一種閉合型的硼，使鈉離子能夠自由流動。此外，由于該物質(zhì)是無機導體，還可避免充電起火的風險。 美國大學為鋰金屬電池打造“泄洪道” 電池短路時不會著火或爆炸 美國加州大學圣地亞哥分校（University of California San Diego）的納米技術(shù)工程師們研發(fā)了一種安全功能，可以在鋰金屬電池內(nèi)部短路時，防止其迅速升溫并著火。該團隊對電池“隔膜”（電池陰陽極之間的屏障）進行了巧妙調(diào)整，從而可以在電池短路時，讓電池內(nèi)部積聚的能量（即熱量）的流動速度減慢。該隔膜的一面覆蓋了一層薄薄的、可部分導電的碳納米管網(wǎng)，可以攔截形成的樹突（鋰金屬電池在反復充電后，陽極上會生長一種稱為“樹突”的針狀結(jié)構(gòu)，從而導致電池失效）。當一個樹突刺破該隔膜，撞上該網(wǎng)時，有一個通道讓電子慢慢排出，而不是直接一下子流到陰極，以防止電子“泛濫”到陰極。當樹突被隔膜的導電層攔截時，該電池會開始自我放電，所以，當電池真的短路時，也沒有足夠的能量引發(fā)危險情況，最終可以減輕電池短路帶來的影響。 伊利諾伊大學研究人員用石墨烯包裹鋰電池陰極 防止電池起火 美國伊利諾伊大學芝加哥工程學院（the University of Illinois at Chicago College of Engineering）的研究人員發(fā)布了一份報告，表示石墨烯可能可以在鋰離子電池著火時吸走氧氣，從而降低起火風險。鋰電池起火的原因在于電池快速循環(huán)或充放電，以及電池內(nèi)積聚的高溫。上述情況會導致電池內(nèi)部的陰極（大多數(shù)情況下，陰極都是含有鋰的氧化物，通常是鋰鈷氧化物）分解并釋放氧氣。而電解質(zhì)在高溫下會分解釋放出易燃品，如果氧氣與此類易燃品相結(jié)合，就會發(fā)生自燃。研究人員知道，氧原子無法從石墨烯片中滲出。此外，石墨烯還具有強度高、柔韌性好、可導電等優(yōu)點。他們認為，如果用石墨烯將鋰電池的鈷酸鋰陰極小顆粒包裹起來，就可能阻止氧氣逸出。于是，研究人員將被石墨烯包裹的顆粒與粘合材料結(jié)合形成陰極，集成至鋰金屬電池中。最終，當研究人員測量電池循環(huán)過程中氧氣釋放情況時發(fā)現(xiàn)，即使在非常高的電壓下，也幾乎沒有氧氣從陰極中逸出。即使在200次充放電循環(huán)之后，鋰金屬電池的表現(xiàn)仍然很好。
