材料科学: 锂离子电池过热问题研究

本期Nature Communications上发表的一篇论文报告说，锂离子电池因过热而发生故障的问题被首次记录了下来。锂离子电池对热失控是脆弱的——热失控是当生热速度大于散热速度时发生的。虽然电池故障很少见，但热失控的防止是锂离子电池安全操作的最大挑战之一。

Paul Shearing及同事将两个市售锂离子电池(电池-1和电池-2)置于外部热源影响之下，利用热成像和非入侵式高速成像方法来观察内部结构。电池-1在电池故障期间保持完好，这使得生热反应能够得以完成，导致热气体和随后的熔融物从电池孔喷出。电池-1内的铜材料熔化了，表明内部温度至少达到1,085°C。电池-2中压力的快速上升造成整个电池帽脱落，这在现实生活中可能会让氧气进入电池内而造成热失控。

作者发现，两个电池内的热反应和电化学反应都产生了气窝，后者使两个电池的螺旋缠绕层发生变形。电池-2的内部架构严重扭曲，作者提出这会降低电池的安全性。与电池-2不同的是，电池-1设计有一个中央圆柱形支撑结构，它似乎能够帮助保持结构的完整性。作者希望，他们所观察到的电池对热失控的反应将会导致锂离子电池设计的改进，并可提高它们的安全性。