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钠离子电池较锂电池安全,但也并非绝对安全。它的安全性主要来自于热失控起始温度更高,超过500℃,相应的三元锂电池只有约200℃、磷酸铁锂约200℃;另外钠离子电池不会产生锂枝晶,没有刺破隔膜的问题,所以更安全。
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但热失控温度高,并不意味着不会热失控,如果温度远远超过500℃,电池还是会爆燃。那怎么解决这个问题,让电池彻底安全呢?中国科学院物理研究所胡勇胜团队近日给出了一条思路,让电解液“变态”。
4月6日,中国科学院物理研究所胡勇胜团队在《自然·能源》上发表一项成果,成功开发出一种具有自保护功能的可聚合不燃电解质(PNE),全球首次在安时级钠离子电池中实现彻底阻断热失控。它的核心妙处在于,当电池温度异常升高至150°C以上时,PNE会自动由“液态转化为“固态”,通过“变态”的方式在电池内筑起一道“防火墙”,彻底切断热失控的传播路径。
其实固态电池的安全性,很大程度上也来自固态电解质。因为电解质是固态的,既能防止被锂枝晶刺破,又能抵抗燃烧。这次胡勇胜团队这个“变态”突破的妙处在于,他提供了一种思路,那就是不一定要让电解质全程保持固态,只要在危险发生时,让电解质固化成不可燃烧的安全物质,那同样可以起到安全效果。这个思路一旦打开,传统锂离子电池就也可以往这条路上走了。
其实固态电池最大的优势,主要是能量密度的提高,能普遍达到400Wh/kg以上,而传统锂离子电池一般不超过300Wh/kg。相对于高能量密度,安全只是一个“副作用”。但固态电解质有固态电解质的问题,它与电极的“固固表面接触”,无法像液态电解质与电极之间那样严丝合缝,因而会影响离子导电率,在量产上面临巨大困难。因而半固态电解质,就成了必不可少的过渡形态,目的就是保留一部分液态电解质,让它在电极和固态电解质之间,起到一个“粘结”作用。
但在“变态”电解质的思路打开后,我们就没有必要强求,电解质在正常工作状态下,一定要处于固体状态。它完全可以保持液态,来维持自己与电极的紧密结合,只有在爆燃风险存在时,比如温度异常升高到150℃,然后在高温作用下自动变成固态,阻断燃烧同时让电池失效。如果采用这条思路,锂离子电池也有可能做到本征安全。
其实锂离子电池也好,固态电池也好,还有这次会“变态”的钠离子电池也好,基本都是在电解质上下功夫。虽然电池分型一般使用正极材料命名的,但电解质也是举足轻重的影响因素,甚至从锂离子电池到固态电池质的飞跃,就是靠电解质变化实现的。目前很多车主对新能源车有忌惮,并不是因为续航问题,而是担心不安全。在“变态”电解质这个思路打开后,即便能量密度维持不变,达不到固态电池的水平,相信也一定能让新能源汽车上一个台阶。
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