延缓热失控的新型电池材料

　　本文来源：Clean Technica

　　编译：李忠东

　　电动汽车（EV） 热失控是指 锂离子电池内部局部或整体的温度急剧上升，热量无法及时散发，导致大量热量积聚并诱发进一步的副反应，最终可能引发电池胀气、起火甚至爆炸的现象。 热失控一旦开始就很难停止，是锂离子电池面临的一个重要安全问题，它描述了一种连锁反应，其中一个受损的电池单元开始以热的形式释放能量。

　　热失控在质量较低的电池单元中尤为常见，可能由加热、压碎、穿透或过充等不规则活动触发，以及由于零部件的故障或一次性质量缺陷所引起。当电池单元发生短路时，化学反应产生极高的温度，因为储存的能量突然释放。如果不加以控制，产生的热量可能会引起火灾，因为不受控制的热量积累会导致进一步的损坏，这就是所谓的“失控”。锂离子电池与水具有高反应性，发生火灾时很难用水扑灭。

　　此外，热失控的发生通常伴随着有毒气体的释放，这些气体可能通过电池的爆炸帽或当软包电池破裂时排出。随着氧气与蒸汽混合，热量持续积累，电池单元甚至可能点燃。在一个电动车电池包中，多个电池单元构成一个模块，而多个模块构成一个包。当电池由于任何类型的滥用而发生短路时，电池单元加热。温度的积累最终超过了电池单元周围可以散发的热量，影响附近的电池单元。由单个电池单元的热失控引发的电池系统中热失控序列称为热失控传播或热传播。几秒钟内，温度就会升至近1000摄氏度，从而引发火灾。

　　为了通过研究防火安全测试评价技术来探索安全风险点，我国于2024年7月，发布了《电动汽车安全性评估方法第1部分：整车热扩散防护》团体标准。标准设置了四个维度——安全提示、应急救援、火灾防护和数据联动，共计11 个指标，以有效控制热扩散，防止整个电池组发生连锁反应，进而引发火灾或爆炸等严重事故。

　　SRL 充当“保险丝”

　　韩国LG 化学去年10 月1 日宣布，其研发团队与韩国浦项科技大学电池团队共同开发了一种由聚苯醚（PPO）、聚酰胺（PA）和聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）等多种材料组成的全新安全强化层材料（SRL），可以大大延迟电动汽车所用的锂离子电池的热失控。该研究结果在线发表在世界领先科学期刊之一的《自然通讯》九月版上，论文标题为《通过在实用锂离子电池中可扩展地制造安全加固层来防止热失控》。

　　SRL 以薄层形式存在，厚度仅为1 微米，约为人类头发厚度的1/100，位于阴极层和集流体（铝箔，充当电池中的电子通路）。它能够根据温度改变其电阻，充当“保险丝”，在过热的早期阶段阻止电流流动。当电池温度升高超过其正常工作范围（通常在90℃ ~130℃之间）时，SRL 就会对热量做出反应，改变其分子结构并有效抑制电流流动。温度每升高1℃，SRL 的电阻就会增加5000Ω。此外，SRL 还具有可逆性，这意味着一旦温度回落，电流就能重新正常流动，恢复电池的工作状态。

　　LG 化学的内部测试显示，SRL 在1000℃以上的温度下能阻止火焰蔓延超过400 秒，比一般的阻燃塑料长45倍。它还具有极好的尺寸稳定性，在极端的温度变化下仍能保持其形状。虽然SRL 永远无法完全消除火灾风险，但在电池损坏和过热的情况下将为驾驶员和乘客提供更多时间撤离。

　　当研究人员对移动锂钴氧化物（LCO）电池表面进行穿刺时，配备SRL 的电池没有一块起火，而未使用SRL的电池中超过80% 发生了起火。当研究人员将一个10 公斤的重物掉落到用于电动汽车的镍钴锰（NCM）电池上时，所有标准电池都起火，而配备了SRL 的电池中有70% 没有起火。剩下的30% 虽然起火，但火焰在几秒钟内便熄灭了。

　　有效抑制EV 热失控

　　LG 化学是一家全球性化学企业，在石化、尖端材料、生命科学等核心领域拥有多元化的业务组合。生产从石化产品到再生塑料的各种高附加值产品，向客户提供尖端电子和电池材料、药品和疫苗等差异化产品。LG 化学通过旨在应对气候危机的可再生能源和负责任的供应链，为社会做出贡献，力争到2030 年实现碳中和增长，到2050 年实现零碳排放。

　　为满足客户的需求，LG 化学自2009 年起坚持不懈地开展研发工作，最终成功开发出可应用于电池部件并具有世界最佳性能的SRL。LG 化学工程材料业务部部长金史蒂文表示：“为消除客户的痛点，我们十余年来坚持不懈地开展研究工作，最终找出解决方案，意义深远。我们将依托世界最高水平的共混改性技术，通过持续开展研发工作和进行量产投资，引领快速增长的e-Mobility（代表使用电动动力传动系统技术、车载信息和通信技术以及连接基础设施来使车辆和车队实现电动推进的概念）材料市场。”

　　LG 化学通过其电池子公司LG 新能源（LGES），为多家电动汽车制造商提供电池。LGES 电池用于上海制造的特斯拉Model 3、部分福特Mustang Mach-E和E-Transit车型、大众ID.4 等。据悉，LG 化学计划在今年内完成SRL 在移动设备电池中的安全验证测试，并在明年对其在电动汽车电池中的应用进行全面测试。

　　虽然以前的方法涉及将温度响应材料放置在电池内部，但它们经常面临反应时间慢或能量密度降低的问题。LG 化学在其专业知识和专利材料设计的支持下，成功开发了解决此类问题的SRL。LG 化学已完成量产体系的构建工作，目前正在韩国、美国、欧洲等地走专利申请程序，计划根据客户公司的时间表正式投产，应用于汽车以及其他工业领域。LG 化学首席技术官李锺求表示：“这是一个可以在短时间内应用于大规模生产的实质性研究成果，我们将加强安全技术，确保客户能够放心使用电动汽车，并为增强我们在电池市场的竞争力做出贡献。”