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革命性的方法揭示了短路对电池安全性的影响分散盘

电池
2022年07月19日

革命性的方法揭示了短路对电池安全性的影响

现在，可以使用由UCL领导的团队开发的新方法来研究锂离子（Li-ion）电池在短路条件下的行为，以帮助提高可靠性和安全性。

从为便携式电子设备供电到提供电网规模的存储，高能量密度的锂离子电池无处不在，但是缺陷会导致过热和爆炸。

尽管灾难性故障极为罕见，但最近备受瞩目的案例包括召回三星的Galaxy Note 7智能手机产品线以及飞机机队停飞，这突出了理解电池故障很重要的原因中国机械网okmao.com。

“在以前的工作中，我们以3D和实时方式跟踪了由极热引起的锂离子电池故障，但这是我们第一次跟踪电池短路时温度和电池结构的变化。在我们选择的内部地点以可控的方式引发了一系列潜在的危险事件。”第一作者多纳·芬根博士（UCL，NASA和NREL）解释说。

“这特别有趣，因为短路被认为是造成许多引人注目的，现实世界中的故障的原因。知道电池何时何地发生故障，使我们能够通过深度分析来表征灾难性故障期间发生的情况高速X射线成像。这为我们提供了新的见解，有助于指导设计和开发更安全，更可靠的锂离子电池。”

今天发表在《能源与环境科学》上的这项研究涉及来自UCL，NASA-约翰逊航天中心（美国），美国能源部国家可再生能源实验室（美国NREL），WMG沃里克大学，钻石光源（英国）的研究人员，欧洲同步加速器（法国ESRF）和国家物理实验室（英国NPL）。

为了诱发故障，研究小组将一种能够在预定位置按需产生内部短路的设备插入市售的锂离子电池中，该电池通常用于为便携式电子设备和电动汽车供电。

温度激活装置由美国研究人员Eric Darcy博士（NASA）和Matthew Keyser（NREL）设计并获得专利，使研究人员能够模仿电池制造过程中可能发生的隐藏缺陷，从而导致发热和电池的危险连锁反应。失败。

该团队使用该设备通过引起细胞壁破裂或细胞爆裂来深入了解细胞设计漏洞。研究人员使用高速X射线成像实时监控电池结构的变化，因为短路驱动了通过电池和模块传播的灾难性故障过程。

在代表最坏情况的电池故障情况的条件下测试了单个电池以及小型电池模块。电池内部在?60摄氏度时开始发生短路。在故障过程中，电池温度超过1085摄氏度。

通过逐帧分析高速成像，该团队研究了气袋形成，排气和温度升高对两个不同的商用锂离子电池内部各层的影响，并确定了一致的故障机理。

通讯作者Paul Shearing博士（UCL）解释说：“令人着迷的是，热失控过程能在多快的时间内扩散到整个这些细胞中，这些细胞从完全完好变为在一秒钟内被完全破坏。

“这项研究首次描述了短路故障如何实时在电池内部传播，只有将由NASA和NREL开发的新型短路设备与超高速X射线成像相结合，才有可能。惊讶地发现邻近的电池对热失控的传播有多敏感。这证明了隔离故障电池在更大的电池组和模块中的重要性，这在从航天服到电动汽车的各种应用中都可以找到。”

该团队现在计划研究如何使用这些新见解来提高商用电池和模块设计的安全性。例如，研究人员将研究如何防止最高能量密度的商业细胞破裂，以及如何降低细胞间繁殖的风险。