创新提高电动汽车电池的安全性

能源部的国家可再生能源实验室 (NREL) 获得了内部短路专利(ISC) 设备，通过测试潜在内部短路和相关温度升高的影响来增强电池设计。这些短裤可能会导致热失控并对驾驶员、航空乘客甚至宇航员造成危害。使用这种易于植入的微型 ISC 设备进行诊断并将其授权给行业是消除这些障碍并使 EDV 中使用的电池尽可能安全的重要一步。虽然自然发生的内部短路是由多种因素引起的，但这些事件通常是由一个小的内部缺陷触发的，例如在制造过程中引入电池的小异物。

REL 高级工程师 Mathew Keyser 拿着一张铜盘，这是构成 NREL内部短路(ISC) 设备的金属部件之一，能够模拟可能导致锂离子电池温度升高并导致热失控的潜在缺陷。行业可以使用 NREL ISC 设备来评估旨在解决此问题的解决方案。（ 照片由 NREL 的 Ellen Jaskol 拍摄）

了解如何通过使用 NREL 的 ISC 设备来预测电池的行为也可以防止导致热失控的情况。如果确实发生内部短路，则包含单个电池的热失控可以限制损坏。该设备可以帮助电池制造商确定如何通过设计措施最大限度地减少热失控的传播，例如在电池之间放置屏障，确保通风口远离其他电池，以及对电池之间的电气连接采取特殊预防措施。新的 NREL 工具内置于正在测试的电池中，是第一个能够复制自然发生的内部短路而不篡改电池外部的工具。NREL 装置充当完全包含在电池内的热开关，提供一致且可控的反应。

ISC 设备的天才可部分归因于其简单性。它由一个小的铜铝圆盘、一个铜圆盘、聚乙烯或聚丙烯隔板和一层薄薄的蜡（与一根头发的直径一样薄）组成。将设备植入电池后，通过将电池暴露在更高的温度下并熔化薄薄的蜡层，会引发内部短路，然后蜡层会被隔膜、阴极和阳极吸走，剩下的金属成分会留在电池中。接触并引起内部短路。传感器记录细胞的反应。然而，需要深入研究来确定设备的最佳但有时非常规的组件，例如正确的蜡。蜡的熔点范围为30°至150°C，但研究人员发现，蜡烛中使用的石蜡太脆，当缠绕到电池的果冻卷中时会破裂。他们最终选择了微晶蜡，这种蜡更加柔韧，可用于各种非技术应用，包括化妆品和发胶。微晶与石蜡的混合物创造了完美的粘性、延展性和坚固性，从而在熔化时产生一致的内部短路。

在过去五年中，NREL在不同的循环阶段测试了锂离子电池，现在正与电池制造商就大规模生产该设备进行对话。该实验室继续与NASA合作，通过建模进一步提高宇航服电池的安全性，越来越多的汽车电池制造商正在接受ISC设备带来的好处。除了ISC设备外，NREL研究人员还使用各种模型和模拟工具在多个尺度上评估电池安全问题。在颗粒尺度上，表面改性的研究有助于防止电解质分解和随后的气体生成。包级建模探索滥用场景中压力累积的传播。

随着越来越多的制造公司获得ISC设备，NREL希望通过帮助选择正确的配置和组件，使电池更安全，从而在锂离子电池设计和材料选择方面实现重大的行业转变。了解更多关于NREL的储能和电池安全研究。

审核编辑 黄昊宇