據(jù)外媒報(bào)道，由來(lái)自太原理工大學(xué)、清華大學(xué)和東南大學(xué)等研究人員組成的研究小組對(duì)鋰硫軟包電池的熱安全性進(jìn)行了系統(tǒng)分析，重點(diǎn)研究幾次充放電循環(huán)后導(dǎo)致鋰硫電池溫度升高的放熱反應(yīng)上。 此項(xiàng)研究有助于了解鋰硫電池的熱行為，并為這些電池提供更安全、更實(shí)際的應(yīng)用途徑。
圖片來(lái)源：太原理工大學(xué)
鋰金屬電池，尤其是鋰硫電池，因其理論比能量密度高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。由于其高能量密度，鋰金屬電池有望用于電動(dòng)汽車(chē)和高端便攜式設(shè)備。
然而在實(shí)現(xiàn)鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用之前，還有許多問(wèn)題需要解決，例如陽(yáng)極和陰極間中間體多硫化鋰的“穿梭效應(yīng)”、硫的固有絕緣特性以及鋰陽(yáng)極在循環(huán)過(guò)程中的枝晶問(wèn)題。
更重要的是，鋰金屬的高活性還會(huì)產(chǎn)生熱安全問(wèn)題，成為鋰硫電池實(shí)際應(yīng)用的重要瓶頸。東南大學(xué)教授程新兵表示：“因此，研究導(dǎo)致鋰硫電池在多次充放電循環(huán)后溫度急劇異常升高的關(guān)鍵放熱反應(yīng)具有重要意義。”
研究團(tuán)隊(duì)著手研究深度循環(huán)鋰硫軟包電池的熱安全性，首先對(duì)鋰硫電池的熱失控機(jī)制進(jìn)行了全面分析，而熱失控描述了電池過(guò)熱的過(guò)程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溶解的高階多硫化物與鋰金屬之間的反應(yīng)是鋰硫軟包電池?zé)崾Э氐母础?/FONT>
一個(gè)16循環(huán)的軟包電池顯示出高安全性，在加速量熱儀測(cè)試期間從30°C加熱到300°C，而溫度沒(méi)有急劇升高。相比之下，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)帶有額外電解質(zhì)1循環(huán)軟包電池被加熱到147.9°C時(shí)，會(huì)發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)并產(chǎn)生巨大的熱量。
這些電池的各種熱行為歸因于電解質(zhì)的不同粘度。電解質(zhì)的高粘度導(dǎo)致不良溶劑在電極和電解質(zhì)的界面處擴(kuò)散。這種不良溶劑的擴(kuò)散有助于提高高溫下電池組件之間的熱穩(wěn)定性。相比之下，具有額外電解質(zhì)的45循環(huán)軟包電池的熱行為與沒(méi)有額外電解質(zhì)的電池一致。
在對(duì)帶有額外電解質(zhì)的45次循環(huán)軟包電池的研究中，研究團(tuán)隊(duì)觀察到，在加速量熱儀測(cè)試中，鋰硫軟包電池在45次循環(huán)后的最高升溫速率僅為1.72°C min-1，其最高溫度僅為304.0°C，而帶有額外電解質(zhì)的16循環(huán)鋰硫電池的最高升溫速率和最高溫度分別為162.4°C s-1和436°C。電池的各種熱行為可歸因于循環(huán)電解質(zhì)中的不同多硫化物種類(lèi)。
程教授表示：“我們發(fā)現(xiàn)，枝狀鋰與溶解的高階多硫化物（而非低階多硫化物）之間會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈放熱反應(yīng)，這會(huì)導(dǎo)致深度循環(huán)的鋰硫軟包電池溫度急劇且異常升高。因此，從安全的角度來(lái)看，必須抑制鋰硫電池的多硫化物穿梭。”
通過(guò)研究，該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地揭示了循環(huán)鋰硫軟包電池的熱失控機(jī)制。程教授表示：“制定有效的策略來(lái)抑制鋰硫電池中不良的多硫化物穿梭和枝晶生長(zhǎng)非常重要。當(dāng)鋰硫電池中的多硫化物穿梭和枝晶生長(zhǎng)被完全抑制時(shí)，鋰硫電池的熱安全性就可以大大提高。”
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