冲击安全是锂离子电池技术在电动汽车制造领域广泛应用的一个关键挑战,为此美国橡树岭国家实验室的科学家们制定了一个原型设计,以减少事故发生时的失效风险。改进的设计包括沿电池电极添加狭缝,有助于减少用于保护电池免受机械损伤的外壳材料的数量,这种方法相对便宜且不需要显著的生产变化。
该研究由Naguib等人发表在《Joule》杂志,提供了一种有前景的新型制造方法,这种方法使得即使锂离子电池损坏的部分停止运行,锂离子电池的其他部分仍能保持功能。由于冲击损坏电池可能会造成内部电短路和大电流,从而引发电池完全失效,这项工作目的是在短路发生之前,利用裂缝将电极分解成电隔离部分或小碎片。如果短路仍然发生,碎片会限制短路的电流和加热,尽管容量减小但能保持电池的其余部分功能。
“有了这样的创新,设备制造商可以减少通常需要的保护电池免受机械损伤重型集装箱的重量和成本”。他们用普通的锂离子电池和模型做对比测试,每个模型都压入一个大的金属球。即使改装后的电池发生变形,但能够以原始容量的93%继续工作,同样的损伤标准电池造成的却是容量完全损失和故障。由于电极槽并没有增加重新设计的锂离子电池的制造成本,也就意味着电池生产过程中不必进行实质性的改变,因此团队认为经过进一步测试之后这项技术可以大规模应用。
这些发现还可能为电池设计人员提供另一种创新的方法,将安全性纳入电池中而不会增加外壳和控制设备的重量。正如研究人员Nancy Dudney所说:“通过这种创新,设备制造商可以降低通常需要的保护其电池免受机械损伤的重型容器的重量和成本。”
然而,到目前为止只有一小部分的电池经过了测试,所以在宽范围的工作周期中需要更多的电池。此外,在研究人员制造出可大规模生产的电池版本之前,还可以针对不同类型的变形和场景进行优化。
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