锂电池热失控预防研究获进展

随着电动汽车与储能电站的发展，锂金属电池虽有望突破500Wh/kg的能量密度极限，却面临严峻的安全挑战。高镍正极在200℃时即分解释放氧气，金属锂负极与电解液反应生成氢气、甲烷等可燃气体，正负极气体在密闭空间相遇易触发剧烈反应，导致电池热失控甚至爆炸。因此，开发兼顾高能量与高安全的电池技术成为行业的迫切需求。

近日，中国科学院化学研究所研究员白春礼、郭玉国与副研究员张莹，基于前期电池热安全机制和聚合物电解质设计的研究成果，提出“阻燃界面用于智能气体管理”设计策略。该团队在正极内部构建阻燃界面（FRI），通过温度响应机制实现双重防护：当电芯温度升至100℃时，FRIs释放含磷自由基并迁移至负极表面，猝灭电解液热解产生的H·、CH·等活性基团，使可燃气体生成量下降63%，同时抑制正极49%的氧气释放，从源头切断爆炸反应链。

进一步，在热滥用测试中，研究实现0.6Ah锂金属软包电芯零爆炸。在0.6Ah锂金属软包电芯的热安全测试中，该策略展现出优异的防护效果：热失控峰值温度从1038℃降至220℃，升温速率降低40000倍，实现电芯零热失控。气相色谱–质谱分析证实，电芯内部整体产气量减少63%，其中可燃气体占比由62%降至19%，缓解了电池内部压力积聚，并降低了电池爆炸风险。

上述研究为开发高比能、高安全的电池技术提供了新思路。

相关研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，并被New Scientist报道。研究工作得到国家自然科学基金委员会和中国科学院等的支持。

论文链接

New Scientist报道链接

正极阻燃界面抑制电池热失控产气实现锂金属电池高安全