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固态电池级片应力检测新手腕

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我们(We)都知道无论是三元锂电池还是磷酸铁锂电池,他们(They)的液体电解质,燃烧极其剧烈,那么今后固态电池的安危就变得尤为重要。(其实老王也说不好固态就一定是液态电池的替代品,因为就目前(Currently)的学术信息显示还有更好的能源形式正在落地中,并且单就固态和非固态这两者之间因成本差距,短时间内也都并不是完全替代关系)

与此同时,目前(Currently)确定的信息是——很多聚合物电解质仍然有可燃特性,并不绝对安危。当然你也可以说汽油也并不绝对安危,但这就有点抬杠了,因为既然提到研究,那么肯定是在同样能量层级范畴来进行(Carry Out)探讨,如把锂离子电池无论固态还是液态的能量密度升高到汽油的级别,则不用担心安危问题而是爆炸冲击波的问题了(参考之前老王讲的为啥不会有锂炸弹)。所以我们(We)探讨问题还需回到电池这个狭义范畴之内。

大部分聚合物电解质【凝胶种的固态电解质】能够在50-55℃分解,其产气析气情况不比液态电池轻。而对于号称绝对安危的无机陶瓷电解质,因为这种结构目前(Currently)的研究来看,电池能量密度依然有挑战(说白了就是低),因此需要匹配锂金属负极,比如如腈类聚合物电解质因富含CN(C≡N)基团,能和锂离子电池正极材料中溶出的过渡金属相配位,减少其与锂金属负极的副反应,提高电池的循环性能,但此时会导致更多问题。

这种电池对压力的反应和现在的液态电池差别很大,目前(Currently)还缺乏很好的量化工具。像电解质和铜箔间无压力则不工作,这对电池内部应力带来了挑战,尤其是温度恶化后;和液态电池相比,压力对锂枝晶形貌的影响也会带来应变力检测的需求。但现在对于电池内部压力传感还没有很好的量化工具。固态电池阻抗远远大于液态电池,也会导致电池发热量很大。

发热和形变导致电池的胶接及密闭处结构恶化,导致胶黏剂、高分子材料的老化,进而导致性能恶化。 目前(Currently)科学家想到的是用布拉格光栅进行(Carry Out)测量,这种由fsFBG测量的动力电池应变信号理论上能更早检测到热失控的发生,从而达成有效预警。

fsFBG传感器示意图

之前给大家介绍过的Schade教授团队近期将fsFBG传感器植入到阳极活性材料中进行(Carry Out)测试(这里科普下,阳极氧化,阴极还原的规则,负极为阳极)。

阳极也就是在固态电池中带有锂金属的负极中,用应变信号表示电极膨胀得到了阶段性成果,目前(Currently)这套fsFBG测量系统就像电池的神经一样,在固态电池中能够以极高的监测密度来做到提前预警,无论是今后丰田的固态电池电极中、还是蔚来汽车(Car)的150kWh的固态电池包、还是宁德时代在研发的固态电池,今后都有搭配fsFBG传感器的可能性。

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