动力电池热失控引发的火灾严重阻碍了其规模化发展,在电解液中添加热失控阻燃剂(TRR)是提高电池安全性的有效方法,但通常会降低电化学性能。TRR封装的灵感来自核壳结构,避免了与电解液的直接接触,所以在正常运行时不影响电池的电化学性能。当锂离子电池(LIB)发生热失控时,胶囊会释放TRR以减慢甚至防止进一步的热失控。
在此,吉林大学李伟峰及北京航空航天大学陈玉鹏等人总结了使用TRR胶囊的 LIB在提高安全性方面取得的关键进展。首先,作者定义了胶囊概念且分类了胶囊类型(微胶囊、外用胶囊和一体式胶囊),胶囊融合了智能科技和仿生学的特点,带有TRR胶囊的LIB被定义为一种新型电池,即基于TRR胶囊的电池,也可称为热失控自抑制电池,因为TRR胶囊是电池的一部分。
然后,总结了TRRs抑制TR的机制,包括磷基阻燃剂、勃姆石、电解质毒物和其他TRR。接下来介绍了胶囊的合成及TRR的释放特性,讨论了具有仿生TRR胶囊的电池的电化学、安全性能及其他应用(自愈隔膜)。
图1. 电池中TRR的机制最后,作者列出了未来电池安全研究的几个可能方向:
(1)基于TRR胶囊的先进电池亟需研究;
(2)TRR胶囊的优化设计非常重要,构建具有增强电池安全性的表面纳米孔的仿生阻燃胶囊很有意义;
(3)需要进一步扩展TRR类型,以获得更好的TR抑制同时避免影响电池比能量;
(4)一体式胶囊技术将成为研究热点,因为其不会改变电池的原有结构且对现有的LIB生产线不会产生太大影响;
(5)进一步简化现有胶囊制备工艺,提高可重复性同时降低加工成本。
图2. 一体式胶囊的合成过程和图像Bioinspired Thermal Runaway Retardant Capsules for Improved Safety and Electrochemical Performance in Lithium-Ion Batteries, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202103796