跟着可再生能源的开发应用日本女优在线，锂离子电板凭借其高能量密度、长轮回寿命、自放电小等特色，被以为是最遑急的储能时刻之一。关联词，由锂离子电板热失控引起的失火或爆炸事故频发，提高其安全性能刻遮拦缓。锂离子电板热失控发生源于电板外部受到滥用，导致电板里面滋长锂枝晶变成短路、电极分分解出气体、易燃电解液分解，从而发生燃爆。本文以锂离子电板里面组件为起点，基于锂离子电板热失控机理策划，从锂离子电板正负极及电解液等方面详确分析了热失控诱因；对热失控过程中电板里面的反馈过程进行了全面发达；针对锂离子电板热失控提议了禁绝锂枝晶滋长、遐想电解液、减少正极氧开释、优化隔阂等里面考订战略，详尽锂离子电板外部热顾问以好意思满对锂离子电板的表里双重保护。

撰文 | 李存璞，唐晓霞，魏子栋

跟着环境与能源问题的日益了得，新能源尤其是清洁能源的开发应用还是成为改日社会的主要需求与学术策划的重心。在干系能源范围策划中，二次电板由于开发较早，策划较为纯熟，成为营业化应用最平淡的能源储能电板。锂离子电板以金属锂的氧化复原电对动作储能-作念功电对，具有比能量大、峰值功率高、轮回寿命长等优点，已被应用于种种袖珍电子开导及汽车能源电板等范围。

自1991年索尼公司初次发布商用锂离子电板以来，锂离子电板阛阓迟缓扩大，走进千门万户，成为东说念主们日常生计中必不可少的储能开导，但锂离子电板存在的安全隐患不可冷落。据国度消防支持局统计，2022年接报的电动自行车失火高达1.8万起，2023年电动自行车失火数目更是抓续攀升，达到2.1万起。关于电动汽车来说，其应用的电板组为数以百个单体电板并联或是串联形成，更是成倍增多了失火风险。锂离子电板安全隐患不仅影响电板自身的使用后果及寿命，更严重威迫东说念主们的人命财产安全。因此，治理锂离子电板安全问题刻遮拦缓。

为诽谤安全事故发生，东说念主们进行了多数策划，发现由电板举座温度升高而导致的热失控是锂离子电板安全问题爆发的主要原因。热失控过程中，由于电板私有的里面组成结构，致使其在高温环境下容易发生电板饱读包，以致气体表现、着火景色。因此，基于锂离子电板的里面组成，从电化学旨趣角度琢磨热失控机理、诱因、过程，针对问题地方进行改性和遐想是提高锂离子电板安全性能的不二采取。

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锂离子电板

20世纪初，好意思国化学家Gilbert N. Lewis发达了锂金属电化学电位，被视为最早的锂电板策划。然则由于金属锂十分无际，斗争空气和水极其抵抗定，在随后几十年里金属锂的策划停滞不前。直至20世纪70年代，锂电化学脱手迎来转机，渐渐走上营业化的说念路。2019年，瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予了John B Goodenough、M. stanley Whittlingham、Akira Yoshino 3位对锂离子电板发明和发展具有了得孝顺的化学家，再一次将锂离子电板推向了公论中心。

锂是原子序数最小、天然界中最轻、电极电势最低的金属（图1）。动作锂电板的负极，锂金属元素并不是无为中式的。在电板中，电子从负极流向正极，理念念的电极材料应该是易开释电子的。而锂金属不仅动作最容易开释电子的元素之一，而且其低原子量、低复原电位，以及氧化复原过程中多数库伦变化，使锂金属动作电板职责电极具有其他元素或化合物险些不可能匹敌的上风。关联词，锂金属的反馈活性也成了其安全性最大的劣势。

图1 锂金属及锂离子暗示

（图片泉源：https：//www.nobelprize.org/uploads/2019/10/ad⁃vanced-chemistryprize2019.pdf）

1.1 锂离子电板组成与职责旨趣

与其他二次电板同样，锂离子电板通过具有化学势差的正负极间的电化学反馈好意思满能量的储存与开释。但一鸣惊人的是，锂离子电板通过Li+在2种电极材料之间的可逆插层好意思满充放电，锂离子电板因此也被形象地称作“摇椅电板”。图2为锂离子电板职责旨趣暗示图，在充电过程中，正极材料为电板发生电化学反馈提供填塞的Li+，产生的Li+在电解质的输送下，穿过隔阂Li+专属通说念，到达负极材料。在放电过程中，电子与Li+同期从负极开赴，电子通过外电路到达正极，Li+由电解质输送至正极，与电子结合。

图2 锂离子电板职责旨趣

锂离子电板里面结构由正负极、隔阂与电解质等电板组件共同组成。

图3 常见锂离子电板正负极材料

3）隔阂与电解质。锂离子电板是一个由多电板组件组成的系统，除正负极材料外，还包括防御电板短路的隔阂和输送锂离子的电解质。隔阂位于正负极之间，从物理上分隔正负极，常用隔阂为聚烯烃微孔膜（如聚乙烯膜（PE）、聚丙烯膜（PP））。而电解质是电板里面的“血液”，隔阂和电极孔隙王人充满液态电解质，其频繁由有机溶剂、锂盐和添加剂组成，在充放电过程中，电解质认真在正负极之间传递锂离子。与正负极同样，隔阂和电解质对电板热失控同样至关遑急。

1.2 锂离子电板组

通过电化学反馈式不错知说念，天然锂离子本人相称轻巧，但碳基负极需要6个碳原子才能容纳1个锂离子（LiC6），锂的质料分数以致不到10%。锂金属低含量使得锂离子电板的能量密度天然也不高，单个锂离子电板的能量密度常常不行餍足应用要求。因此，为了得回高容量，频繁需要将一定数目的单体锂离子电板以串联或并联或串并联的时局连气儿成实用的电板组，如图4所示。然则，在锂离子电板成组后的使用过程中，由于单体电板的不一致性，会导致各个单体电板性能衰减慢率不一致，从而引起统共这个词电板系统的寿命及安全问题。

图4 钛酸锂电板组

以电动汽车为例，电动汽车使用的电板，要求电板组内的各个电板必须达到十分高的一致性。要是在电板组中存在一个或者少数几个电板的一致性低于其他电板，那么在电板组内电板较多的情况下进行充电时，就会出现该电板充满而其他电板还未充满的景色，要是继续给电板组充电，则该电板会发生过充景色，极易引起安全问题；而在放电情况下，容量低的电板电量还是放完，导致电板组住手职责，而有的电板依然还有电量，导致能量倏地景色。此外，由于电板组特殊的职责环境，会使其电板系统遭受各式碰撞、顶点温度、浸水、过充、过放等，对电板系统更是一个大挑战。因此，为了建造一个更安全、更可靠的锂离子电板系统，深刻全面了解锂离子电板安全问题相称遑急。

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锂离子电板热失控

锂离子电板在充放电过程中各电板组件相互作用产生热量，导致电板温度升高，若热量不行被消费，反而在电板里面抓续积累，放热反馈加重，温度抓续上涨，当温度达到电板承受阈值温度，便会参加热失控情景。热失控是一种自我加快的热开释过程，热失控时，电板里面电解液和其他电板材料分解，开释气体（包括氧气和其他易燃气体），在高谦让压力下最终导致电着火，以致爆炸。

2.1 锂离子电板组件热失控分析

源于锂离子电板私有的组成，电板里面各组件的电化学反馈是导致电板热失控的内容原因。电板充放电过程中负极侧发生析锂，形成锂枝晶，刺穿隔阂导致短路，为电板提供热失控温度。正极侧氧化物材料高温下析出氧气，为电板提供焚烧条目。临了电解质中的易燃组分为电板提供充足的燃料。左证焚烧三要素可知，高温、富氧、燃料充足的条目下，焚烧爆炸一触即发。

1）负极—高温。锂十分无际，在初次充放电过程中与电解质反馈生成一层细巧的SEI膜。SEI膜障翳在负极材料名义，是一种细腻的离子导体。锂离子草率顺利穿过SEI膜在电极名义千里积，然则由于SEI膜的抵抗定性和锂的高反馈活性，会导致Li+不均匀千里积。一般来说，Li+会先千里积到电流密度较高的区域，这不可幸免地形成了突起的带电“顶端”。而顶端周围将形成更强的电场，蛊惑更多的锂继续加快千里积，临了产生锂枝晶。多数厉害的锂枝晶束缚形成，最终刺穿隔阂，变成电板里面短路，发出多数热量（图5（a））。

2）正极—氧气。锂离子电板正极氧气的开释是一个经久存在的问题。O2主要泉源于正极材料在充放电过程中发生的结构相变。相变过程中晶格氧从正极材料中脱出，以电子振动耦合的时局将能量挪动至溶剂分子进而转折为O2（图5（b））。举例，三元锂离子电板（NCM）在使用过程中便存在不可逆相更悔改程，即由层状结构改换为尖晶石相最终改换为岩盐相并析出O2，与NCM具有肖似结构的层状氧化物同样存在不可逆相变问题。

图5 锂枝晶的形成（a）和锂离子电板正极材料析氧（b）

（图片泉源：https：//www.nobelprize.org/uploads/2019/10/advanced-chemistryprize2019.pdf）日本女优在线

3）电解质—可燃物。电解质是电板中离子的载体，在锂离子电板正负极间传导离子，形成电路。当今营业化锂离子电板接收液态电解质是锂离子电板中最易燃的因素。不同于铅酸电板的水电解液，锂离子电板最常用的电解质是由有机溶剂和低沸点的锂盐、添加剂组成的，是锂离子电板中最容易焚烧动怒的物资，在焚烧开释的能量中，电解液占电板最大实验焚烧热的50%以上。一些常用的有机溶剂的部分性质如表1所示。

表1 电解液常用溶剂物感性质

2.2 锂离子电板热失控诱因

尽管锂离子电板里面各组件存在热失控风险，但一般而言，电板组件以悠闲的结构存在于电板中，故障发生率仅为1/40000。频繁，电板组件发生荒谬电化学反馈的诱因有以下2方面：一是电板自身组件颓势，如电极极片存在毛刺、电板材料有杂质、正负极位置偏移、电解液表现等；二是电板受到外部滥用，包括机械滥用、电滥用、热滥用。以上两者均会导致电板里面结构遭到险阻，蛊惑荒谬电化学反馈发生，放出多数热量。若这些热量莫得被对消，会导致电板荒谬升温，进而催化电板里面反馈速率呈指数式增长。当今，跟着电板制造工艺的越过及电板的分选，电板自身组成颓势的发生概率渐渐减小。相背，跟着锂离子电板越来越平淡地应用，电板受到滥用的景色渐渐增多。

激发电板热失控的主要滥用如下。（1）机械滥用。主要由外力引起，举例，电板受到碰撞、挤压、针刺，致使隔阂离散、电解液表现等，从而引起电板里面短路。（2）电滥用。包括电板短路、电板过充放等。在电板的充电过程中，若电板永劫分连气儿电源，会导致电板能量过剩、产热产气加重、电板里面压力增大、电板变形，电板安全受到威迫。与正常充电比拟，由于额外的反作用和内阻的增多，过充电时代的加热比过放电更具险阻性。（3）热滥用。比拟于机械滥用和电滥用，热滥用常常由电板过热引起。究其内容，机械滥用、电滥用最终王人将导致热滥用的发生。天然热滥用很少零丁存在，但却是激发烧失控的顺利原因。热失控诱因如图6所示。

图6 热失控诱因

2.3 锂离子电板热失控化学反馈过程

Barkholtz等接收热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）和温度分辨X射线衍射

实验斥逐标明，热失控时，电板内在不同温度下发生一系列四百四病。具体来说，主要触及3个阶段反馈。（1）热启动。电板脱手过热是热失控的运行阶段，在正常的充放电过程中或者非正常情况下均能发生。（2）热反馈。跟着温度的升高，锂离子电板发生电解质界面（SEI）分解、负极Li+与电解质反馈、隔阂熔化、正极材料分解以及电解质分解等电化学反馈（图7（b））。（3）热失控。易燃电解质被热反馈过程开释的气体和累积的热量激发焚烧。其中，热反馈阶段是电板里面发生非正常电化学反馈的过程，这些过程导致电板温度升高，产热速率增多，进而又触发更多的放热反馈，这种链式机制一直抓续到热生成速率达到顶峰。

图7 锂离子电板DSC分析（a）和热失控反馈过程（b）

2）负极与电解质反馈。跟着电板里面SEI膜束缚分解，SEI膜急剧减少，当温度特地120℃，镶嵌在碳负极中的锂脱手与电解质溶液发生放热反馈。250~300℃时，SEI膜全王人分解，电板负极与电解质全王人斗争，反馈继续蓄积热量。此时，电板里面各组成因素化学性质渐渐无际。

3）隔阂熔解。隔阂位于正负极之间，能防御发生电板里面短路，是锂离子电板的要津材料，对电板安全运行至关遑急。跟着电板负极活性物资与电解液放热反馈抓续发生，电板温度抓续升高，电板隔阂最初发生闭孔，直至温度达到隔阂熔点（PE：135℃，PP：165℃），隔阂发生热减轻或者熔融景色，导致电板里面短路，激发电板多数放热。

4）正极热分解反馈。当电板里面温度升精熟过200℃，锂离子电板正极材料在高温下脱手分解。追随热解反馈的发生，氧气被开释出来，电板出现饱读包景色。开释出的氧气就地与电解液发生反馈，析出多数一氧化碳、二氧化碳。

5）电解质分解反馈。锂离子电板电解液具有肖似汽油的易燃特色。当电解液遭受电板热反馈阶段积累的热量和析出的气体，电解液发生焚烧，险阻力极强。单个电板的失火继续传播到附进的电板，以致点火统共这个词电板组。

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锂离子电板表里双重热失控辞谢

在锂离子电板中，电板的每个组件及组成电板组的每个单体电板的安全性王人顺利影响了其正常使用。因此，为了提高电板对热失控的拒抗身手，诽谤电板使用过程中的危境性，从电板里面组件、外部电板组热顾问双重角度，对电板安全使用提议了考订战略。

3.1 禁绝锂枝晶滋长

在以前的几十年里，石墨和硅材料被用作负极材料来负载Li+，其具有比金属锂负极更优异的安全性和耐热性。关联词，它们依旧不行幸免锂枝晶的滋长问题。锂枝晶在轮回中会分解并产生“死锂”，导致电板容量不可逆蚀本、轮回库伦效用诽谤，以及电解液束缚被消费和降解。最致命的问题是，厉害的枝晶极易刺穿多孔隔阂，导致内短路和热失控。锂电之父Goodenough课题组进一步解释温度对锂枝晶的成核和滋长具有遑急影响（图8）。在阛阓需求的高电流密度和高倍率下，锂离子电板体系老是伴跟着多数的热量产生和扩散。电板材料和结构的限制使得产生的热量难以实时灭绝而积聚，从而导致电板里面温度升高。锂的千里积速率在局部高温处急剧上涨，在热门位置千里积更多的锂，导致了不可逆的锂枝晶形成。热失控时，电板的荒谬升温加快锂枝晶生成，激发电板可怜性安全问题。在负极侧，为禁绝锂枝晶的滋长，策划者尝试通过构建东说念主工SEI膜、遐想3D结构锂负极、构建亲锂位点等步调以增多锂千里积的均匀性，减少锂枝晶的滋长，从而辞谢电板短路，减少热失控发生。

图8 锂枝晶温度效应

1）东说念主工SEI膜。SEI膜动作障翳在负极材料上的保护层，是一个细腻的离子导体，它不错在一定进度上影响Li+的千里积。然则，SEI膜在热悠闲性较差和高温条目下会分解，导致Li+不均匀千里积形成锂枝晶。因此，制备具有优异悠闲性和机械性的东说念主工SEI膜是减少锂枝晶滋长的灵验步调。此外，在负极与电解质之间构建东说念主工SEI膜，还不错灵验阻遏负极与电解质的反馈，减少热量开释。康奈尔大学Lynden Archer团队基于团员物在与高能底物斗争的溶液中会自觉吸附形成构型复杂的坚固相的旨趣，将低分子量PEG（聚乙二醇）自觉吸附在锂负极上，制备出了悠闲的团员物吸附界面（图9（a））。该界面的生成加快了界面离子传输、禁绝了锂枝晶的滋长，减少了短路发生概率。中山大学的吴丁财团队通过名义激发的原子挪动目田基，接收纤维素纳米纤维，通过简便的滴注法制备了一种超结构单离子导电团员物刷SEI膜。该东说念主工SEI膜不错同期得回高机械强度、高离子电导率和低界面阻抗，并通过负电荷-SO3-官能团之间的强静电斥力，对枝晶的抓续滋长也败露很强的禁绝作用（图9（b））。

2）3D锂负极结构遐想。三维材料具有多孔交联接构、比名义积高和机械性能好等物理特色。将三维材料用作金属锂负极，不错在锂千里积/熔解过程中灵验诽谤局部电流密度和均匀电场散布，缓解锂千里积/熔解过程中的体积变化，促进锂的均匀成核和细巧千里积，减少锂枝晶的生成。斯坦福大学崔屹教讲课题组使用原子层千里积（ALD）时刻制备了一种涂层空腹碳球（HCS）的新式3D电极（图9（c））。通过原子层千里积在空腹碳基体上的薄层涂层不错交流空腹碳球里面的锂千里积，将锂封装在悠闲的宿主内。同期通过密封空腹碳球外壳上的针孔灵验防御了电解质渗透，贫困了锂与有机电解液的寄生反馈，热失控链式机制被打断。

图9 PEG吸附团员物SEI膜（a）、团员物刷SEI膜（b）、原子层千里积空腹碳球3D负极（c）及SAM@NG合成过程（d）

3）构建亲锂位点调控锂千里积。金属锂由于具有较强的吸附性，Li+老是优先在亲锂位置成核。通过构建亲锂位点，转折锂的成核行动，成心于禁绝锂枝晶的滋长。在锂基材料中掺杂单原子（SA）金属形成活性位点是最常见的亲锂位点构建步调。北京航天航空大学宫勇吉接收了Mn、Ni、Co、Zn、Cu、Zr6种非贵金属原子锚定在氮掺杂的3D石墨烯上（SAM@NG），将其动作蛊惑锂均匀千里积/剥离的宿主（图9（d））。通过构建具有丰富

子周围的局部化学环境进行调控，从而引起锂在亲锂位点上结合能的变化。结合第一性旨趣计算，得到SAM@NG的3D结构具有丰富位点，大名义积，为锂千里积提供了填塞的空间，况且该掺杂负极灵验地诽谤了局部电流密度，好意思满了均匀的电荷散布。因此，锂的千里积被限制在3D框架的闲隙中，而不是在名义上。优化的SAM@NG在不同的电流密度和状貌量条目下具有出色的锂千里积/剥离性能、低成核过电位，灵验禁绝了锂枝晶的成核滋长。

3.2 阻燃电解质遐想

在复杂的锂离子电板体系中，电解质不仅担任着传输Li+的任务，也饰演着电板热失控燃料的脚色。电解质的性能顺利影响到统共这个词电板的电化学性能及安全性能。为了治理这一问题，使用不易燃的替代品对电解质进行取代成为策划者公认的灵验技能。

1）液体电解质添加剂。关于当今营业化的液体电解质，诊疗其组成是优化电解液的第1步。不可燃或阻燃溶剂、添加剂等被策划以提高液体电解质不可燃性。这些化合物通过分解产生磷或氟目田基达到断根电板热失控时代可能产生的活性氢/氢氧化物目田基的功能。离子液体、低分子量氢氟醚不易燃，温度范围广，是锂离子电板常见的添加剂。中国科学院苏州纳米时刻与纳米仿生策划所吴晓东将不燃的氢氟醚惰性稀释剂与[BMP]TFSI离子液体溶剂相结合，同期接收超低浓度（0.1mol/L）的双氟草酸硼酸锂（LiDFOB）动作锂盐，顺利制备出了一种可应用于宽温度范围和高电压锂金属电板体系的新式电解液（图10（a））。实考解释，新树立的电解质体系在保证电解质正常职责的同期，权臣诽谤了电板的可燃性，以致提高了电板的电化学性能。跟着[BMP]TFSI含量的增多，电解质自熄时分镌汰，热悠闲性提高。其中，添加30%[BMP]TFSI的电解质施展出最好的阻燃性和电化学性能的均衡。该添加水平下的电解质体系具有较高的热悠闲性和赫然较高的氧化电位，成心于Li+的悠闲镶嵌和分离，提高了SEI膜的悠闲性，施展出优异的轮回性能和高安全性。

图10 [BMP]TFSI离子液体电解质（a）、聚氨酯基固态团员物电解质（b）和固态团员物电解质LPIFD合成过程及阻燃测试（c）

2）固态电解质。安全性高的固态电解质是新一代电板安全电解质的理念念采取，固态电解质具有防表现、不易蒸发以及优异机械悠闲性等上风，取代有机液体电解质，不错灵验克服电板热失控而引起的电解质焚烧。此外，合理的固态电解质遐想，亦能灵验禁绝锂枝晶滋长。PEG、聚环氧乙烷（PEO）和聚氨酯（PU）是固态电解质最常用的材料，其可燃性低于常见的有机液体电解质。正因如斯，固态电解质成为当今锂离子电板的策划重心。华中科技大学黄云辉团队通过共价键将反馈性阻燃剂单位引入团员物框架，从而创造出一种不易燃、可拉伸的聚氨酯基固态团员物电解质（图10（b））。同期，通过接枝刚性苯环单位提高了团员物骨架的机械强度，从而权臣禁绝了锂枝晶的滋长。因此，该固态电解质在与火焰斗争6s后也不会焚烧，败露了出色的安全性能。好意思国马里兰大学王春生、Srinivasa R. Raghavan和好意思国阿贡国度实验室Anh T. Ngo等遐想了一种基于团员物共混物的局部高浓度固态团员物电解质LPIFD（图10（c））。LPIFD是一种局部高浓度团员物电解质，由2种可混溶团员物组成：Li-团员物和F稀释剂（惰性氟化团员物）。F稀释剂对Li+传导具有惰性作用，具有较高的机械强度。此外，Li-团员物具有高盐含量，提供了高Li+传导，有助于形成富LiF的SEI膜，灵验地禁绝了锂枝晶的滋长。至关遑急的是，Li-团员物与F稀释剂的高混溶性排斥了相畛域，进一步提高了禁绝锂枝晶的身手。枝晶的减少防御了电板里面短路，提高了电板安全性。

3.3 减少氧气开释

锂离子电板热失控过程中的氧主要来自正极材料的热分解，对正极材料进行遐想是减少氧气开释的顺利办段。在传统的正极材料中，抵抗定的层状氧化物正极在加热时极易开释氧

名义氧活性，禁绝了氧的开释和不可逆相变。

图11 LCPO涂层结构暗示

3.4 隔阂优化防御短路

在电板系统中，除了电极与电解质，隔阂亦然电板里面悠闲电路的不可分割的一部分。天然隔阂不是电板的活性组分，频繁不参与电板的化学反馈，但它们在电板安全中起着要津作用。隔阂位于电极之间，从物理上分隔正负极，防御了电板短路的发生，而当隔阂被电解液润湿后，Li+又能顺利通过隔阂在电极之间流动。理念念的隔阂材料在电板过热时，应住手离子的传输，幸免发生热失控情况，保证电板安全；还应具有高机械性能，以保抓隔阂齐全性，防御其受热减轻或坍弛导致电板里面短路。为了提高电板隔阂的热悠闲性，策划者开发了高耐热隔阂和无机陶瓷隔阂。

1）高耐热隔阂是基于聚偏氟乙烯（PVDF）、聚酰亚胺（PI）、聚苯并咪唑（PBI）、聚丙烯腈（PAN）、聚苯基对苯二甲酰胺（PPTA）、聚氨酯等团员物而遐想的隔阂。高耐热隔阂具有细腻的耐化学性、高拉伸强度、细腻的电解质润湿性和阻燃性。万佳雨和华南理工大学陶劲松团队将十溴二苯乙烷（DBDPE）和纳米纤维（CNF）引入PI中，制备出具有权臣的阻燃性和出色的电解质润湿性的复合隔阂（图12（a））。该复合隔阂在DBDPE的缓助下，具有高孔隙率，此外由于CNF的引入，隔阂具有较高的电导性机械性能，在室温下，使用该隔阂的电板施展出与聚丙烯（PP）隔阂十分的性能。当进行热冲击处理时，使用该隔阂的电板施展出赫然优于PP的电板热悠闲性。

2）无机陶瓷隔阂安全性泉源于无机颗粒的高耐热性。在隔阂中引入陶瓷涂层后，隔阂熔点和机械强度得到提高。厦门大学赵金保团队在高耐热性陶瓷隔阂的基础上，进一步修饰APP阻燃颗粒，制备了双功能陶瓷隔阂（APP-CCS@PFR）（图12（b））。其高耐热性基膜不错灵验防御电板在高温下发生内短路，而阻燃功能涂层会在高温下分解生成细巧的保护层，将正极开释的活性氧与电板内可燃物阻遏，同期将电板内的易燃物碳化，形成不易燃的焦炭层，从而将剧烈的焚烧放热反馈转折为谦让的迟缓放热反馈。

图12 PI/DBDPE/CNF复合隔阂结构暗示（a）和APP-CCS@PFR陶瓷隔阂结构暗示（b）

3.5 锂离子电板外部热顾问

在电板的推行应用中，锂离子电板时常以电板组的时局应用，其运行工况复杂，单体电板更容易遭受滥用而引起热失控，从而导致电板组的不一致性，最终导致统共这个词电板组瘫痪。因此，除了电板里面各组件除外的优化，电板的热顾问对锂离子电板应用安全尤为遑急。锂离子电板升温冷却式样主要有空气冷却、液体冷却、相变冷却及热管冷却。

1）空气冷却是以空气为冷却介质，通过空气对流对电板过热进行降温。基于空气冷却结构简便、便于重视、资本低等上风，是当今应用最平淡的冷却式样，如图13（a）所示。空气冷却式样不错分为天然空气对流和外部开导（如电扇）强制对流冷却，两者区别在于空气对流速率的不同。风冷式电板热顾问系统能提供最简便的散热式样，但空气冷却存在着散热身手小、难以保抓电板组各单体电板温度息争的颓势，这将导致电板组散热较差的单体电板衰减加快。

2）液体冷却是以冷却液（如水、酒精、矿物油等）为冷却介质，通过液体冷却介质的高导热性进行散热。液体冷却能在短时安分灵验诽谤电板组温度，保证电板在安全职责温度范围内。左证冷却介质不同的斗争式样，可将液体冷却分为顺利斗争和迤逦斗争。顺利斗争是将电板组顺利浸泡在冷却介质中，顺利斗争要求冷却介质具有优异的绝缘性、导热性及材料无腐蚀性。迤逦斗争即接收管线或夹套动作中间传热结构，在管说念内通过冷却液达到降温后果。由于液冷中冷却介质的密度比空气大得多，是以液冷散热结构的质料远高于风冷结构。哈尔滨工业大学冯宇团队遐想了一种具有多通说念的新式锥形通说念散热器（图13（b）），以提高电板温度均匀性，诽谤电板热顾问系统的功耗。该团队分析比较了8种不同遐想的电板最高温度和温差、温度不均散布参数和功耗性能，同期，分析了延长冷却战略对液冷系统温度均匀性的影响。斥逐标明，接收锥形流形结构不错权臣提高热交换系统的冷却性能，与矩形流形结构比拟，其功耗不错诽谤30%以上，且热交换性能优胜。增多通说念数不错提高热性能，但功耗增多。

3）相变冷却是通过相变材料之间的物相变化来领受电板的热量，进而对其降温。相变材料（PCMs）是一种功能材料，不错在不改变温度的情况下改变其情景（图13（c））。当温度下落时，储存的能量不错通过从液体到固体的相变开释到环境中。相背，跟着温度的升高，这些材料以潜热的时局领受热能。关联词，传统的PCM存在表现、柔滑性和韧性差等颓势，不行餍足转折、误会和拉伸的要求。基于此，西南交通大学袁艳平与上海交通大学李廷贤通过实考解释在特征团员物或多孔复古基体中镶嵌微分子PCMs得回的时局悠闲的相变材料（FSPCMs），有助于禁绝由液体表现引起的不可逆损坏。其将相变材料石蜡（PW）镶嵌C—C键强化的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯和烯烃嵌段共聚物（SEBS-OBC）的双团员物集聚首构中，好意思满了相变材料的定形封装，在加热-冷却轮回条目下，该相变材料草率保管细腻的热悠闲性和柔性。

图13 空气冷却（a）、液体冷却（b）、相变冷却（c）和热管冷却（d）

4）热管冷却是接收热管动作电板传热元件，依靠热管里面气液相变进行高温散热。热管由蒸发段、冷凝段和绝热段组成，降温过程中热管蒸发段最初通过里面介质汽化领受热量，蒸汽经过绝热段到达冷凝段凝结，凝结液体后续重新输送至蒸发段，进而束缚轮回，达到冷却的见识（图13（d））。中国科学院大学蒋方明提议了一种用于圆柱形锂离子电板组热顾问的新式紧凑型冷却系统，该系统是相变材料和热管冷却系统的羼杂。热管材料管接收铝制造的，况且经过特意遐想，不错充分应用紧密斗争的圆柱形电板之间的闲隙。一些环形薄翅片举座成型到热管冷凝段，加强了对环境的对流散热。相变材料为石蜡，热监工质为丙酮。策划发现，在高电流密度放电过程中，天然空气对流至25℃环境条目下，配备完善的羼杂冷却系统不错将电板模块的最高温度和最大温差永诀胁制在47.7℃和2.5℃掌握。

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结 论

从锂离子电板里面组件开赴，分析了热失控机理、诱因、反馈过程。锂离子电板受到外界滥用，电板里面负极锂枝晶滋长刺穿隔阂激发短路，放出多数热量，正极受热分解开释氧气，易燃电解液斗争高温、氧气触发着火爆炸。链式机制非正常放热反馈是锂离子电板安全隐患的根源。将电板里面电极材料优化和外部电板热顾问相结合是治理锂离子电板热失控的最优决策。电极材料遐想主要合股在优化负极禁绝锂枝晶滋长、遐想阻燃电解质减少可燃物、优化正极减少氧开释以及遐想优异机械性能的隔阂上。而热顾问通过空气、液体、相变以及热管等介质对过热的电板降温，领受电板过剩的热量，使电板温度保抓在正常职责范围内，进一步防御了热失控的发生。

跟着策划者对新材料的束缚探索，电板的性能和安全性还是得到了权臣的提高。关联词，电板安全仍然是一个遮拦冷落的问题，需要在改日的策划中予以更多的眷注。最初，从电板材料的角度来看，遐想更安全的电板材料是至关遑急的，极端是对锂枝晶滋长的禁绝以及对阻燃电解质的开发。锂枝晶在电板充放电过程中刺穿隔阂，导致电板里面短路，变成电板温度大幅提高，极易引起热失控。另外，阻燃电解质的遐想开发亦然提高电板安全性的遑急见识。传统的电解质在高温或短路情况下可能会激发失火，而阻燃电解质则草率在一定进度上贫困火势的扩展，从而提高电板的安全性。除了电板材料本人的安全性外，电板外部的热顾问同样是确保电板高安全性的遑急技能。电板在职责过程中会产生多数的热，要是不行实时灵验地散热，就可能导致电板热失控，进而激发安全问题。因此，需要遐想更先进的热顾问系统，通过优化散热结构、接收高效的散热材料等式样，来确保电板在职责过程中的温度恒久保抓在安全范围内。总的来说，改日的电板时刻策划需要在确保性能提高的同期，愈加精通电板的安全性。通过遐想更安全的电板材料和优化热顾问系统，好意思满高性能、高安全性的电板时刻破碎。

本文作家：李存璞，唐晓霞，魏子栋

作家简介：李存璞，重庆大学化学化工学院，重庆大学锂电及新材料遂宁策划院，栽植，策划见识为锂金属硫电板和有机电化学合成；魏子栋（通讯作家），重庆大学化学化工学院，重庆大学锂电及新材料遂宁策划院，栽植，策划见识为新能源材料化学与化工。

本文经授权转载自微信公众号“科技导报”，原文发表于《科技导报》2024年第12期，原标题为《锂离子电板的热失控与辞谢》。

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