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干货半月谈03丨消费者怎样用到更安全的电池？
2024年02月04日
干货半月谈，浅述行业理解，分享技术心得。我们只讲干货，希望有助于您，期待交流合作。
1. 热失控与安全性密切相关
近年来，随着锂电池应用场景的增加和能量密度的提升，电池热失控引发的自燃事故频发，消费者迫切希望能用到更安全的电池。
图：电池热失控自燃事故
各国也纷纷推出相关标准，对电池的安全性能提出了更高的要求。2020年，我国推出动力电池安全强制性标准GB38031-2020，替代了推荐标准GB/T31485-2015，明确了电池在碰撞、挤压、加热以及过度充放电场景下应不起火、不爆炸。
表：各国电池安全相关标准
2. 热失控是如何发生的
热失控主要由以下方面导致：
1）内因：内部短路，包括制造瑕疵，电池老化造成的性能衰退，如内阻增大，长期轻度不当使用造成的锂金属沉积等；
2）外因：a）机械滥用：包括电池包的挤压，以及穿刺等极端情况；b）电滥用：包括外部短路，以及过充过放等情况；c）热滥用：主要在于热管理不合理导致的局部热量集中。
图：热失控诱因
其中机械滥用导致隔膜失效是电池热失控的主要诱因。隔膜失效导致正负极材料连通发生内短路，从而引起局部强电流并快速放热，最终导致电池热失控。
图：传统集流体电池热失控原理[1]
3. 复合集流体提升安全性
复合集流体避免热失控主要体现在三个方面：
1）保险丝原理：在短暂的强电流通过时，复合集流体起到类似保险丝的作用，与电池其余部分电隔离，阻止能量的流动。
2）聚合物断路效应：聚合物基材受热收缩，切断短路部分，进一步提升了隔离度。
3）毛刺保护作用：高度变形的聚合物基材可以包裹电子导电元件的尖锐边缘，减小并包覆集流体金属毛刺，避免刺穿隔膜。[2]
图：复合集流体避免热失控原理[1,2]
电池安全测试表明：1）电压稳定：正极搭载了复合铝箔的电池始终维持4V电压，几乎无波动；2）温度稳定：相对传统铝箔温度快速提升且峰值温度约69℃，复合铝箔温度始终维持约25℃。复合集流体成功避免了机械滥用时电池热失控现象的发生。
图：传统集流体与复合集流体电池穿刺实验监测[2]
经测试，复合集流体可以使电池在更严苛的穿刺实验、甚至军标级枪击实验中完全不起火，极大地提升了电池安全性，让广大消费者用上更安全的电池！
图：复合集流体电池穿刺挤压不起火[3]
参考资料：
[1] Soteria (2020a). Inherently safe cells everywhere: Revolutionize battery safety with Soteria’s technology and consortium. [online] https://soteriabig.com. Available at: https://soteriabig.com/wp-content/uploads/2022/08/Website_whitepaper_2022.pdf [Accessed 4 Feb. 2024].
[2] Liu, Z., Dong, Y., Qi, X., Wang, R., Zhu, Z., Yan, C., Jiao, X., Li, S., Qie, L., Li, J. and Huang, Y. (2022). Stretchable separator/current collector composite for superior battery safety. Energy & Environmental Science, [online] 15(12), pp.5313–5323. doi:https://doi.org/10.1039/D2EE01793H.
[3] Soteria (2020b). Soteria Cell Performance.
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