美国科学家改进锂电池设计解决内部短路问题【钜大锂电】

　　日前，美国能源部国家可再生能源实验室的研究学者对外表示已经研发出了一种内部短路器同时还成功申请到了专利保护。通过该短路器可以模拟仿真那些可能引起锂离子电池温度升高最终导致热量流失的内部缺陷问题。内部短路器研发的最主要目的就是为了通过对锂离子电池内部缺陷进行模拟仿真从而确定导致电池温度升高、热量流失的根本原因，最终改善锂离子电池的设计。

　　在研发过程中，美国国家可再生能源实验室与美国国家特种航天局进行了项目合作。其中主要的合作内容就是为了通过共同努力而研究出一种全新的、精准度更高的内部短路器，从而对电池内部短路后进行后续行为预测，最终在进行单个电池或电池堆栈设计时可以建立相应的安全机制。截止至目前，以上内部短路器项目的首批产品已经成功应用到了美国国家可再生能源实验室、美国国家特种航天局以及锂电池生产厂商中，通过以上内部短路器产品可以有效帮助以上用户学习到电池内部缺陷的影响以及相应的解决措施。

　　在锂电池内部短路问题的发生一般是由多种因素造成的，其中最根本的原因还是一些内部的微小缺陷造成的。例如在电池的制造过程中如果不小心加入了一点微小的外来物质那么此时电池就将存在一些内部缺陷。

　　通过美国国家可再生能源实验室的内部短路器不仅可以预测电池的工作走势，同时还可以预防周围环境对电池造成影响从而造成热量流失。如果电池内部确实发生了短路问题，那么将热量流失限制在某一个电池单元内将可以有效降低整个电池组的损坏程度。内部短路器的应用可以帮助锂电池制造厂商优化设计其电池结构从而使得整个电池的热量流失问题最小化，其中对电池结构的优化设计常用的措施包括在电池单元之间增加保护屏障、确保电池单元流失的局限性以及在电池单元电力连接之间建立一种特殊的预防机制。

　　全新内部短路器对于目前的内部短路措施而言是一种革命性的创新设计。目前能够主动促使电池内部短路的措施主要包括钉子穿刺、硬杆穿刺、冲击电池、为电池加反向电压以及增加电池的温度等。作为一种内置在电池内部的结构，经过测试发现内部短路器其可以有效模拟电池的内部缺陷问题。与此同时，通过内部短路器的应用还可以在不损坏电池外部结构的前提下对电池内部短路进行实验研究。

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　　与传统的电池内部短路措施相比，内部短路器作为一种完全内置在电池内部的热管理开关，其工作过程相当可靠同时其还具有相当的可控性。其也可以放置在电池内部的任意位置，同时还能模拟所有的四种短路方式，其中包括电极-电极短路、电极-阴极短路、电极-阳极短路以及阴极-阳极短路，不同的短路方式对应着不同的反应。

　　全新内部短路器内部结构由一个小的铜铝圆盘、一个铜球、聚乙烯或聚丙烯分离器以及一层蜡膜(蜡膜厚度与一根头发丝直径相当)组成。在将内部短路器置入到电池后通过对内部短路器进行加热可以使得其表面的蜡膜融化，这样一来就可以使得短路器内部的金属部件相互接触从而最终触发短路。在电池内部发生短路后布置在电池内外的传感器就开始工作对电池的后续反应进行记录。

　　针对内部短路器进行更深一步的研究就是其蜡膜问题。石蜡的融化温度为30℃-150℃，但是研究人员发现石蜡材质用于以上内部短路器中有些韧性不足容易发生碎裂，在嵌入到电池的过程中就可能因为这个原因而破碎。最终研究人员选择采用了微晶石蜡，该石蜡材质韧性更强，同时其也广泛应用于化妆品、发胶等非工业应用领域。通过将以上微晶石蜡与普通石蜡进行混合就可以得到附着力、柔韧性和硬度均满足内部短路器使用要求的石蜡材质。

　　截止至目前，Keyser与其研究小组针对内部短路器技术已经进行了为期超过5年的研究。现在其正在与各个电池生产厂家进行协商具体的商业化合作问题其最终目的就是了推动其内部短路器的大范围应用。

　　美国国家可再生能源实验室表示将继续与美国国家特种航天局在航天用电池安全方面保持合作关系。与此同时已经有越来越多的电池制造厂商开始接受使用以上全新内部短路器。除了内部短路器外，美国国家可再生能源实验室的研究人员还针对电池的安全性问题从多个物理层面采用了多种模型、多种仿真工具进行了全面的研究。在分子层面，电池电极表面的优化设计可以有效降低电极分解以及相应的气体产生问题的产生;而在电池组层面，通过模拟仿真得到了电池组过度使用情况下的内部压力变化趋势。