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?zé)崾Э仨氃?分鐘內(nèi)不起火不爆炸。與此同時，國外的企業(yè)和科學(xué)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(fēng)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(fēng)險。該公司采用了由電解鍍鎳冷軋帶材制成的電池接頭，當(dāng)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(dǎo)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(fēng)險。 科學(xué)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(xué)應(yīng)用物理實驗室
美國約翰·霍普金斯大學(xué)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(dāng)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(fēng)險 英國M&I Materials公司、華威大學(xué)制造工程學(xué)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(dǎo)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(dǎo)，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(xué)采用陶瓷層電解質(zhì) 提升鋰金屬電池性能并預(yù)防電池起火 密歇根大學(xué)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(dǎo)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(xué)（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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(fēng)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(xué)（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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體，還可避免充電起火的風(fēng)險。 美國大學(xué)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(xué)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(dǎo)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(fù)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(dǎo)致電池失效）。當(dāng)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(dāng)樹突被隔膜的導(dǎo)電層攔截時，該電池會開始自我放電，所以，當(dāng)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(xué)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(xué)芝加哥工程學(xué)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(fēng)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)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。
