科学家发现新聚合物材料 可防止锂电池起火

盖世汽车讯 锂离子电池存在起火风险，给智能手机和电动汽车的运营带来不确定性。据外媒报道，圣彼得堡大学电化学系教授Oleg Levin称，从2012年到2018年，美国有25,000起由电子设备引发的火灾报道，而1999年至2012年间仅有1,013起。这表明随着电池使用数量的增加，火灾发生风险也在不断提高。

过度充电和短路是锂离子电池起火或爆炸的主要原因。锂离子电池在过度充电、短路后变得过热，电池单元进入热失控状态，在温度升高到70或90°C时会引起化学反应，从而进一步升高温度，引起火灾或爆炸。为了防止电池着火，人们采用相邻的设备，如电子微电路，跟踪电池的所有参数，并可在紧急情况下关闭电池。然而，大多数火灾的起因是电池制造存在缺陷，电子微电路发生故障。

Levin表示：“这说明基于化学反应开发电池的安全策略对阻止电池组内部的电流流动特别重要。我们建议使用特殊聚合物，其电导率可根据电池内部电压波动进行调节。若电池工作正常，该聚合物不会阻止电流流动；若电池过度充电、发生短路或电池电压降至正常工作水平以下，该聚合物可转变为隔离器，进入断路器模式。”

（图片来源：圣彼得堡大学）

他还表示，有些聚合物在加热时会改变电阻。在实验过程中，试验人员发现，如果聚合物开始作为隔离器工作，则意味着电池已经过热，并已引起后续化学反应，而该反应无法仅通过破坏电路循环停止。这使得该技术效果甚微。因此，人们开始寻求新技术，如能够在电池开始过热前调节电压的聚合物。

Oleg Levin负责的研究项目历时两年。在该技术开发前的六年里，科学家们对多种聚合物的物理和化学性质进行了大量的基础研究，发现了一类能随电压改变电阻的聚合物。Levin表示：“开发“化学熔丝”最困难的是找到活性聚合物。聚合物种类繁多，但找到一种适合制造原型的聚合物却非常难。此外，我们还必须通过开发工业版本提高技术水平，证明我们已经提出了有效的电池安全策略。因此，我们必须购买大量新设备，以设计锂离子电池原型和调整技术。”

该安全技术具备高可扩展性。传统调节保护电路的大小取决于电池电量。因此，电动汽车的动力电池通常体积庞大且昂贵。而该安全技术可轻易缩放“化学熔断器”，可应用于内部集电器的整个表面。

Oleg Levin称：“锂离子电池的阴极有很多类型，如电子会通过带正电的电极进入电子设备。它们还具有不同的工作电压。因此，安全聚合物需可应对不同类型的阴极。我们设法找到了这种聚合物，但它仅适用于特定一种电池，即磷酸锂铁电池。但改变聚合物的结构可能会引起其导电性发生变化，从而适用于其他类型的阴极。通过在聚合物中添加安全成分以适应电池温度水平的变化，这种安全策略将会更加通用，有望消除与电池相关的所有火灾隐患。”

文章发表前，圣彼得堡大学已获得此项技术的专利。科学家们目前正在制备真实尺寸的受保护电池模型，以向潜在投资者展示。