若發(fā)生短路，聚合物基體材料會熔斷，瞬間切斷電流路徑。

德國研究人員開發(fā)出一種新的卷對卷生產(chǎn)工藝，旨在提高鋰電池的安全性并提升其能量密度。

弗勞恩霍夫電子束和等離子體技術(shù)研究所 (Fraunhofer FEP) 開發(fā)了這項工藝，用于制造鋰離子電池的一種新型組件 —— 聚合物基金屬集流器 (metal-on-polymer current collectors)。

隨著電動汽車日益普及，這種新型集流器作為一種內(nèi)置安全機制，可在防止鋰離子電池起火方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

防止熱失控

這項創(chuàng)新技術(shù)旨在解決傳統(tǒng)鋰離子電池固有的火災風險。這種風險通常由過充、組件損壞或過熱引起的“熱失控”導致。

電動汽車電池起火難以撲滅，因為電池并非一個單一單元。實際上，它由許多堆疊在一起的獨立電芯組成。一旦某個電芯因化學反應起火，如同熱失控一樣，其產(chǎn)生的強烈熱量會迅速蔓延至相鄰電芯，直至整個電池包被火焰吞噬。

新型集流器采用聚合物薄膜替代了傳統(tǒng)的金屬箔片，該薄膜兩面均鍍有薄薄的鋁層或銅層。

這一看似微小的改變帶來了巨大優(yōu)勢。首先，它減輕了集流器的重量，從而提高了電池電芯的能量密度。功率更大，體積更小。

但更重要的是，它對安全至關(guān)重要。如果發(fā)生短路，聚合物基體材料會直接熔斷，瞬間切斷電流路徑。

這阻止了熱量積聚，直接預防了危險的熱失控。它相當于電池內(nèi)部集成的安全保險絲。

弗勞恩霍夫 FEP 研究所完善了一種卷對卷工藝，利用電子束蒸鍍技術(shù)精確地施加這些金屬涂層。

技術(shù)項目經(jīng)理克勞斯·盧伯 (Claus Luber) 表示：“挑戰(zhàn)在于如何設計聚合物薄膜和涂層工藝，使得集流器的厚度能與現(xiàn)有金屬薄膜相媲美，同時金屬層能具有最佳的導電性。”

他們成功了！

更安全的未來電池

該工藝成功地在聚合物薄膜上沉積了銅和鋁的雙面涂層，每層厚度高達1微米。

對于兩種金屬，該工藝都生產(chǎn)出了致密、無褶皺的薄膜，使其非常適合集成到電池生產(chǎn)中。

性能證明一切。項目合作伙伴布倫瑞克工業(yè)大學 (TU Braunschweig) 已將這種新型聚合物基金屬集流器集成到軟包電池中。

研究人員指出：“對這些電池的電化學性能進行了測試，并與傳統(tǒng)的參考電池進行了比較。”

新聞稿補充道：“在這些測試中，使用聚合物基金屬集流器的電池，在不同充放電速率下的性能和循環(huán)穩(wěn)定性方面，表現(xiàn)與參考電池相當。”

研究團隊表示，利用這種新的卷對卷方法，可以大規(guī)模生產(chǎn)這些新型聚合物基金屬電池部件。

這些新部件有助于電池在相同體積下儲存更多電力，這意味著手機可能續(xù)航更久，或者電動汽車的行駛里程更長。

如果出現(xiàn)問題導致電池短路，這種新型集流器的設計能夠防止危險的過熱和潛在的火災。

這一發(fā)展為電池制造商奠定了堅實的基礎，以開發(fā)出性能更優(yōu)的下一代鋰離子電池。

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