中國(guó)粉體網(wǎng)訊 儲(chǔ)能電池關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)能源可再生技術(shù)和環(huán)境可持續(xù)性。然而，日益增加的充電率和能量密度造成的自發(fā)熱現(xiàn)象逐漸成為不可忽略的安全問(wèn)題。實(shí)際情況下電池一般在非均勻的溫度下操作并且有時(shí)具有內(nèi)部或外部熱源的局部溫度熱點(diǎn)，或者產(chǎn)生不均勻性和缺陷。局部高溫對(duì)電池的影響機(jī)理目前尚不清楚。相關(guān)團(tuán)隊(duì)使用微拉曼光譜誘導(dǎo)和感知鋰電池內(nèi)局部高溫。發(fā)現(xiàn)與周?chē)^低溫度區(qū)域相比，由于局部增強(qiáng)的表面交換電流密度，溫度熱點(diǎn)明顯可以誘導(dǎo)鋰金屬生長(zhǎng)。更重要的是，局部高溫可能是導(dǎo)致電池內(nèi)部短路的因素之一，這將進(jìn)一步升高溫度并增加熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。
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熱點(diǎn)引起的電池短路和局部溫度效應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)中鋰電池內(nèi)的溫度敏感現(xiàn)象揭示了鋰枝晶生長(zhǎng)的正反饋性質(zhì)；局部高溫可以加速鋰沉積，然后縮短電池壽命、提高局部溫度。鋰枝晶生長(zhǎng)與局部溫度升高之間的雙向關(guān)系不僅可以作為理解電池內(nèi)電化學(xué)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，還可以作為實(shí)際電池設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則和限制。還應(yīng)注意，通常升高的電池溫度還可引發(fā)電解質(zhì)與活性材料和固體電解質(zhì)界面的放熱反應(yīng)，進(jìn)一步加劇溫度升高。
研究結(jié)果表明，未來(lái)高功率密度、快速充電電池的設(shè)計(jì)需要考慮熱管理以確保溫度均勻，通過(guò)提高電池組件的導(dǎo)熱性，改善標(biāo)簽設(shè)計(jì)，減少焦耳熱點(diǎn)，最大限度地減少缺陷，并在集電器中有效利用熱擴(kuò)散。此外，使用微拉曼光譜或微型RTD陣列的溫度繪圖技術(shù)可為能量存儲(chǔ)裝置的詳細(xì)熱特性打開(kāi)新的大門(mén)。從這項(xiàng)研究中獲得的見(jiàn)解有助于理解電池故障機(jī)制，開(kāi)發(fā)更安全的電池，熱管理方案和診斷工具。
參考文獻(xiàn)：
Fast lithium growth and short circuit induced by localized-temperature hotspots in lithium batteries. Yangying Zhu, Jin Xie, Allen Pei, Bofei Liu, Yecun Wu, Dingchang Lin, Jun Li, Hansen Wang, Hao Chen, Jinwei Xu, Ankun Yang, Chun-Lan Wu, Hongxia Wang, Wei Chen & Yi Cui. Nature Communicationsvolume 10, Article number: 2067 (2019)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）
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