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　　一(yi)般認為，全固態電池(chi)比傳(chuan)統(tong)的鋰離子電池更安全，但事實真的(de)是這樣嗎?來看看來自美國能源部的(de)研究人(ren)員怎么說。

　　近幾(ji)年(nian)，一系列電池(chi)火(huo)災事件引發(fa)了人們關于(yu)鋰(li)離子電池(chi)安(an)(an)全(quan)性(xing)問題的(de)(de)(de)討論。其中(zhong)一種(zhong)可(ke)能的(de)(de)(de)解(jie)決(jue)辦法(fa)是用(yong)固(gu)(gu)態(tai)(tai)電池(chi)替(ti)代，它是利(li)用(yong)不易燃的(de)(de)(de)固(gu)(gu)態(tai)(tai)電解(jie)質代替(ti)易揮發(fa)和(he)易燃的(de)(de)(de)液(ye)態(tai)(tai)電解(jie)質。這種(zhong)固(gu)(gu)態(tai)(tai)電解(jie)質的(de)(de)(de)安(an)(an)全(quan)優勢已得(de)(de)到廣泛(fan)認可(ke)。然而，具有高(gao)能量密度的(de)(de)(de)鋰(li)金屬負(fu)極固(gu)(gu)態(tai)(tai)電池(chi)的(de)(de)(de)安(an)(an)全(quan)性(xing)尚未得(de)(de)到嚴格評估。

　　美國能源部國家實驗室Alex M. Bates等人利用第一熱(re)力學(xue)模(mo)型定量評估了固態電池和鋰離(li)子電池在幾(ji)種失效情況(kuang)下的熱(re)量釋放。(全)固態電池中(zhong)的固態電解(jie)質采用的是Li7La3Zr2O12。固態電解(jie)質與正極之間添(tian)加(jia)了微(wei)量液態電解(jie)質改善界面阻抗(kang)。

　　結果表明，短(duan)路(lu)的(de)全固態電池具有比(bi)傳統鋰(li)離子電池高(gao)得多(duo)的(de)溫(wen)度，這些(xie)熱(re)量的(de)釋放可(ke)能會(hui)通過易燃包裝或(huo)附(fu)近的(de)其(qi)它材料(liao)而導致火災(zai)。

　　該結果(guo)發表在國際頂級期刊(kan)《Joule》上。

　　圖片來源：《Joule》論文截圖

　　本文考慮了(le)三種失效模式(shi)：

　　1.外部熱(re)源導致的熱(re)失控;

　　2.內部短(duan)路(鋰枝晶(jing)引發(fa)的短(duan)路);

　　3.固(gu)態(tai)電解(jie)質的機械失效。

　　全固態(tai)(ASSB)、固態(tai)(SSB)、傳統鋰離子(zi)(LIB)電池構型(圖(tu)(tu)片來(lai)源：《Joule》論文截圖(tu)(tu))

　　其中，ASSB中不含任何液(ye)(ye)態電解(jie)質(zhi)，SSB的(de)正極側含少量液(ye)(ye)態電解(jie)質(zhi)，液(ye)(ye)態電解(jie)質(zhi)(LE)溶劑(ji)是碳酸甲乙酯(EMC)，正極采(cai)用LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2(NMC111)。

　　熱釋放與LE體積分數(shu)的關系(圖片來源：《Joule》論文截(jie)圖)

　　失(shi)效模(mo)式(shi)A下，添加(jia)少量LE的(de)SSB比(bi)ASSB產生的(de)熱量更多，但(dan)仍比(bi)LIB少得(de)多。對于(yu)SSB，當體(ti)積分(fen)(fen)數高于(yu)0.125時，正極(ji)產生的(de)O2已經與LE反應完全(quan)，形成一個平(ping)(ping)臺。由于(yu)LE與負極(ji)Li反應，所(suo)以LIB的(de)體(ti)積分(fen)(fen)數在0.3時上會有一個平(ping)(ping)臺。值得(de)注意的(de)是(shi)(shi)，由于(yu)NMC的(de)氧損失(shi)是(shi)(shi)吸熱的(de)，當LE的(de)體(ti)積分(fen)(fen)數小于(yu)0.08時，熱釋(shi)(shi)放可忽略。其(qi)它(ta)失(shi)控模(mo)式(shi)下，ASSB和SSB并不比(bi)LIB更安(an)全(quan)。短(duan)路失(shi)效模(mo)式(shi)在ASSB、SSB和LIB中的(de)熱釋(shi)(shi)放是(shi)(shi)相同的(de)。失(shi)效模(mo)式(shi)C下，反應的(de)熱釋(shi)(shi)放可能是(shi)(shi)巨大的(de)。

　　體積(ji)和質量熱釋放的比較(圖片來源：《Joule》論文(wen)截圖)

　　基于電池類型(xing)和能量密度的潛(qian)在升溫(圖(tu)片(pian)來(lai)源：《Joule》論文截圖(tu))

　　總結

　　1.在這項(xiang)工作中，作者利用(yong)熱(re)力(li)學(xue)模(mo)型分析問題。雖然在外部(bu)加熱(re)失效模(mo)式下(全)固態電池更(geng)安全，但在短(duan)路或SE完整性受損時，ASSB不(bu)一(yi)定比LIB更(geng)安全。

　　2.短路是ASSB的(de)(de)常見問題，因為鋰枝晶(jing)可以通過SE生(sheng)長(chang)并(bing)到達正(zheng)極(ji)。隨著SE變得更薄，防止枝晶(jing)生(sheng)長(chang)的(de)(de)能力會進一步降低。

　　3.目(mu)前的(de)工(gong)作表明，能量密度、SE厚度和電池設計的(de)演(yan)變會(hui)影響(xiang)潛在的(de)安全問題。

　　4.正極(ji)側低于10%體積(ji)分數的LE可能(neng)在成本、可制(zhi)造性、性能(neng)和熱失控之間提(ti)供最(zui)佳選(xuan)擇。

　　5.隨著對更高(gao)能量密度的追求，失(shi)效(xiao)時的最高(gao)溫度將(jiang)會(hui)增加(jia)，將(jiang)對安全性產(chan)生重(zhong)大影響。