青岛动力地点高比能锂电池热失控机理研讨方面获得新进展
在“碳达峰”和“碳中和”布景下，加快动力系统电动化成为新动力轿车开展的必然趋势。锂电池作为新动力轿车动力系统的要害技能，其安全隐患跟着能量密度的进步日益凸显，自燃、爆破等电池热失控现象一再产生，热失控事端已经成为限制锂离子电池进一步推行与规模化运用的瓶颈问题，进步电池安全性也成为新动力工业健康耐久开展的先决条件。因而，提醒电池热失控机理和开发高安全性电池系统成为当时电池范畴亟需处理的要害课题。青岛动力所固态动力系统技能中心一向深耕于构建高比能、高安全性锂电池系统，近年来取得了一系列突破性发展。
关于电池失控的研讨分析，追根溯源，首先要了解其失控的引发反响。通过滴定-质谱联用手法证明了锂金属负极氢化锂（LiH）的存在，并且定量分析出LiH的堆集量与实践锂金属电池的可循环性呈负相关，提醒了锂金属电池失效的要害机理(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7770–7776)。一起，科研人员在充沛总结电池资料热稳定性及其热特性基础上，提出电池资料（电极资料/电解质/添加剂等）之间的热兼容性对电池安全性至关重要，单纯进步某一组分的热稳定性并无法保证电池全体安全功能的进步(Energy Storage Mater.，2020，31，72–86)。鉴于此，该团队通过原位/非原位耦合手法对三元高镍电池(NCM523)失效机理进行了资料-电池层级的探究，创始性地在NCM三元电池负极侧发现H-离子的存在，且证明了该组分与电解液具有较差的热兼容性，成为诱导电池升温过程中链式放热反响的首要触因。并且，通过自主规划的原位检测电池资料热失控气体络绎测验设备及办法(CN202011538153.3)，证明了石墨负极侧产生的H2可络绎至正极侧，然后加快剧烈放热行为，成为引发电池热失控的要害触因(Adv. Sci.，2021，2100676)。
近年来，续航路程的焦虑对锂电池的能量密度提出了更高要求，而传统锂离子电池的理论能量密度正挨近其极限（350 Wh/kg）。比较于石墨负极，金属锂具有极低的电极电位和极高的理论比容量，被认为是下一代高能量密度电池的有力竞争者。金属锂负极调配硫正极的锂硫（Li-S）电池因其超高的理论能量密度（2500 Wh/kg）而成为最具吸引力的电池系统之一，极具商业潜力。不过其热安全评价的研讨脚步却显着滞后。固态动力系统中心科研人员系统地研讨了Li-S软包中电解质/电极的热兼容性、多硫化物络绎对电池热安全的影响以及电解质的分化道路，提醒了Li-S电池的放热链式反响开始是由硫正极衍生物与电解液溶剂反响引发，然后由锂金属负极与电解液以及熔融硫的反响加快。
图1 全固态Li-S软包电池热失控曲线及其触发机理示意图
此外，研讨人员选用具有不同热稳定性的电解质系统（包含无机全固态电解质Li6PS5Cl）来研讨Li-S电池热失控过程中的特色。研讨发现，不同电解质系统的Li-S 软包均在一个相对会集的温度范围内产生快速热失控，运用无机固态电解质Li6PS5Cl也不能阻挠Li-S 软包的热失控。在通过系统的原位-非原位界面分析后，发现这首要是因为Li-S系统中，硫正极提高、熔化以及负极锂金属熔融导致正负极在高温下产生串扰反响所造成的。本研讨对Li-S系统热失控途径的详尽分析将为构建下一代高比能、高安全性电池系统供给有利启示。 相关研讨成果最近宣布在Joule《焦耳》期刊上，青岛动力所助理研讨员黄浪、助理研讨员芦涛为一起榜首作者，崔光磊研讨员为通讯作者。该作业得到了国家自然科学基金，山东省自然科学基金等项目的支撑与赞助。
