科学家研发新型高分子材料 提升锂电池安全性

中研股份2019年6月25日讯  锂电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料,使用非水电解质溶液的一次电池,与可充电电池锂离子电池跟锂离子聚合物电池是不一样的。

近日,科学家们开发出了一种名为STOBA的新型材料,这种材料将被用于制作锂电池正负两极交界处的间隔结构。当电池的温度超过130摄氏度后,这种材料就会由正常状态下的多孔结构转变为薄片结构,这样便可将电池的正负两极完全隔绝,从而阻止电池温度的进一步上升,防止自燃或爆炸发生。

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科学家研发新型高分子材料 提升锂电池安全性

研究人员表示,锂电池在加入这种新材料后,成本会提高3%左右,并有望在今年上市。锂电池是现有电子产品重要的动力来源,却也是最不稳定的电子零组件,以前无法要求安全的锂电池,是因为全球都没有解决方案。现在发展的高安全性STOBA锂电池技术,能有效提升锂电池安全性,巨幅降低电池爆炸事件机率。工研院开发全球独创的高安全性STOBA锂电池材料,已经申请专利9件29案,有机会让台湾锂电池产业站到国际舞台颠峰。

工研院材化所副所长彭裕民表示,STOBA是奈米级的高分子材料,添加在锂电池后形成防护膜,好像是奈米级的保险丝。当锂电池遇高热、外力撞击或穿刺时,STOBA会即刻产生闭锁效果,避免电池发生短路,并阻断电化学作用进而防止高热,确保3C产品电池及电动车辆电池的安全性与实用性。STOBA技术已经通过比国际安全标准更加严苛的强制短路穿刺实验,也是目前全球从材料端根本创新,解决锂电池安全的技术。

工研院STOBA研发团队,经过各种尝试与努力,最后在高分子组成物中,找到耐高温、良好接着、具可挠性等特点的相似结构,经过数年的材料改质与测试,最后终于突破困境找到全新材料,除有效解决安全性问题,也提升高温循环寿命20%以上。说明材料研发人员,更需要耐力与抗压性,如同修行者般,需要做比99%更多的努力,才能等到最后1%灵光的出现。

工研院STOBA材料让锂电池具备重要的「冗余(redundancy)」时间,并达12个标准偏差,让锂电池发生短路产生高温时,即可产生闭锁反应机制,避免后续的热爆问题,确保消费者安全。

锂电池安全问题主要来自电池内部温度升高,包括电池不当加热、过度充电、正负极材料接触造成短路等。当内部温度持续升高且无法抑制时,分开正负极材料用的隔离膜就会开始熔化、穿破,而导致大量电流短路,然后电池就会加速变热,温度上升至180℃以后会引发正极材料分解,产生很大热量,使电池瞬间温度急遽升高,如同在有裂逢的压力锅中不断加热一样,最后产生热爆升,喷出大量气体,引发起火燃烧及爆炸等危险。

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