NTU 科学家发明防止锂离子电池起火的新技术

新加坡南洋理工大学(NTU)的科学家们发明了一种可以通过提供额外保护层防止短路的电池元件，短路是锂离子电池起火的主要原因。这种“防短路层”可以很容易的添加到锂离子电池内部，防止充电期间出现短路。

防止锂电池起火迫在眉睫

锂电池，来源：NTU官网

全球电池需求将会不断增长，至2030年，仅电动汽车每年就需要2700GWh锂离子电池，相当于约2250亿块手机电池。

虽然正常使用的锂电池起火概率很低，预期故障率不到百万分之一，但2020年，新加坡出现了26起助动车火灾和42起个人移动设备火灾。找到防止电池起火的方法是当务之急。

为什么锂电池会起火

在大多数锂离子电池火灾中，起因在于锂枝晶积聚。当电池充电时，枝晶穿透电池正负极之间的隔板，从而造成短路并引起火灾。为了防止发生短路现象，该校材料科学和工程学院的Xu Zhichuan教授及其团队发明了一种额外的“抗短路层”，可将其覆于隔板上，以阻止枝晶接触正极。

锂电池，来源：NTU官网

新技术如何防止锂电池起火

NTU储能和可再生能源及低碳发电组主任Xu Zhichuan教授解释称，“我们知道，当锂离子电池工作时，在充放电循环过程中，锂离子必须在正负极之间移动。然而，对于当前的商用锂离子电池来说，这意味着枝晶形成是无法避免的。为了阻止枝晶形成，我们决定利用其固有性质，在隔板上额外涂覆一层导电材料，以便这些枝晶与之接触。一旦枝晶形成连接，就无法再继续生长，从而阻止其影响另一侧。”

锂离子电池可以比作图书馆里两个相对的书架（正极和负极），由过道（隔板）隔开。当电池充电时，锂离子从正极移动至负极；放电时，反之亦然。NTU的“抗短路层”（anti-short layer）类似于将图书馆的桌子放在两个书架之间的过道中。当用过的书逐渐堆积，快要碰到图书馆的桌子时，就会在那里停下来，便于图书管理人员继续整理另一侧。

防止锂电池起火的原理

研究人员在50多个具有不同锂离子电池成分的电池中测试了这一发明，得出结论，即使在电池超期使用的情况下，充电阶段也没有检测到短路。

研究人员认为，防短路层是电池制造中常见的一种材料。采用这项技术后，团队估计成本将比现有锂离子电池生产成本高出5%左右。较低的价格使公司很容易采用并升级新技术。

这项技术目前正在申请专利并由NTU的创新企业公司NTUitive进行商业化运作。

Durapower集团执行长Kelvin Lim表示：“这项新发明将有助于提高锂离子电池的安全性和寿命，从而延长电动汽车的行驶里程，以及电池储能解决方案的运行时间。”

Xu zhichuan 教授（右），来源：NTU官网

能源储存技术公司V-Flow Tech的执行长兼联合创始人Avishek Kumar博士表示：“这项发明解决了锂离子储能解决方案中最关键的热失控问题，将成为大规模采用锂离子储能技术的最大推动因素之一。”