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全固態鋰金屬電池因其zhuo越的能量密度和安全性,有望成為下一代高能高安全電池技術shou選。但由于技術難度大,全固態鋰金屬電池技術仍停留在電容量低、正極負載量低的微型扣式電池水平。
為深入探討全固態鋰金屬電池的核心技術問題和科學挑戰,并提出具有科學依據和實際應用價值的研究建議,軍事科學院防化研究院張浩博士課題組突破高溫鞣制全固態聚合物電解質膜技術,自主設計了700mAh全固態鋰金屬軟包電池(PASSLMPs),并全面測試了其電化學和安全等性能。相關研究成果《聚合物基全固態鋰金屬軟包電池的設計與性能研究》已發表于《防化研究》期刊。

本研究借助X射線斷層掃描、氣相色譜等表征技術,研究了PASSLMPs的機械 - 電化學耦合失效機制;采用杭州仰儀科技小型電池絕熱量熱儀BAC-90A測試該電池的熱失控過程,明確了其熱安全特性,并基于實驗結果提出了全固態鋰金屬電池未來發展建議,為該技術的性能提升與實際應用提供了參考和指導。

小型電池絕熱量熱儀BAC-90A
本研究中BAC-90A的應用
本研究采用小型電池絕熱量熱儀BAC-90A的“加熱-等待-搜尋"模式對充電狀態下的PASSLMPs開展了絕熱熱失控測試,確定了其熱失控過程的三個關鍵特征溫度點:自產熱起始溫度(T1=95.3℃)、熱失控觸發溫度(T2=269.8℃)、熱失控最高溫度(T3=610.4℃)。
文中將本研究的電池與不同液態電池體系的特征溫度進行了對比,結果發現,即便PASSLMPs采用高鎳9系三元正極與金屬鋰負極,其熱安全性仍具有顯著優勢。與使用三元正極和石墨負極的液態電池相比,PASSLMPs的熱失控觸發溫度T2較前者要高出約70℃,T1和T3與其差異不大;
研究還發現,經測算后PASSLMPs的最大自放熱速率(rmax)為2592℃/min,較文獻報道的三元正極-電解液-石墨體系(4869℃/min)降低了46.8%。

部分研究數據展示
由此可見,上述特性大大拓寬了PASSLMPs安全使用的溫度范圍,有望實現在高溫、高壓、高震動等場景下的特種應用,展現出顯著的開發潛力和廣闊的應用前景。
總結
本研究通過關于全固態鋰金屬軟包電池的探索研究,證實了該電池體系具有明顯的本征熱安全優勢,在未來高能高安全電池應用領域有很好的前景。但目前該技術成熟度較低,需進一步深化界面失效機制研究,力爭設計、制備出更高能量、更長循環壽命和更安全的全固態鋰金屬軟包電池,為長航時無人機、未來單兵電源等方面提供支撐。