13813563447
新闻中心
新闻中心
新闻中心

科学前沿 \ 基于相变材料的安全锂离子电池热调节隔膜

2021.03.16

图片


随着人们对高能量密度电池的不懈追求,锂离子电池(LIBs)内部热量的产生已经成为其发展的重大安全障碍。在如机械、电气或热滥用等条件下,会触发一系列副反应,并释放大量热量。当累积的热量无法及时消散时,LIB内部温度会迅速升高,从而导致负极上的固态电解质界面(SEI)分解、隔膜破裂、正极析氧,这些放热反应最终会引发热失控,并导致燃烧和爆炸等安全事故非常需要构建具有吸热能力以消耗LIB内部产生的热量的功能隔膜。


图片
图1热调节隔膜在滥用条件下降低LIB内部温度的示意图


华中科技大学胡先罗教授首次报道了一种将具有吸热作用的PCM封装到纳米纤维膜中来制备热调节隔膜的方法。在不牺牲电化学性能的前提下,该隔膜可及时抑制LIB的温度急剧上升,相关成果以《Thermoregulating Separators Based on Phase-Change Materials For Safe Lithium-Ion Batteries》为题,发表在Advanced Materials杂志上。

选择石蜡(PW)作为吸热材料(合适的熔点≈45°C和巨大潜热≈240 Jg−1),选择中空聚丙烯腈(PAN)纳米纤维作为纳米纤维容器(较高热稳定性和良好电解液润湿性)。

图片
图2 PCM基隔膜的结构和热性能

基于PCM的PW@PAN纳米纤维隔膜一方面由于具有高度多孔结构和优异的电解液润湿性,其电化学性能优于市售隔膜;另一方面,得益于PCM隔膜的热自我调节特性,电池内部在恶劣条件下产生的热量可以得到有效缓解。

图片
图3 电化学性能

图片
图4 PCM基隔膜的温度调节特性