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李偉峰/陳玉鵬Adv. Sci.: 提高鋰電池安全/電化學(xué)性能的仿生熱失控阻燃膠囊

動(dòng)力電池熱失控引發(fā)的火災(zāi)嚴(yán)重阻礙了其規(guī)模化發(fā)展，在電解液中添加熱失控阻燃劑（TRR）是提高電池安全性的有效方法，但通常會(huì)降低電化學(xué)性能。TRR封裝的靈感來(lái)自核殼結(jié)構(gòu)，避免了與電解液的直接接觸，所以在正常運(yùn)行時(shí)不影響電池的電化學(xué)性能。當(dāng)鋰離子電池（LIB）發(fā)生熱失控時(shí)，膠囊會(huì)釋放TRR以減慢甚至防止進(jìn)一步的熱失控。

在此，吉林大學(xué)李偉峰及北京航空航天大學(xué)陳玉鵬等人總結(jié)了使用TRR膠囊的 LIB在提高安全性方面取得的關(guān)鍵進(jìn)展。首先，作者定義了膠囊概念且分類(lèi)了膠囊類(lèi)型（微膠囊、外用膠囊和一體式膠囊），膠囊融合了智能科技和仿生學(xué)的特點(diǎn)，帶有TRR膠囊的LIB被定義為一種新型電池，即基于TRR膠囊的電池，也可稱(chēng)為熱失控自抑制電池，因?yàn)門(mén)RR膠囊是電池的一部分。

然后，總結(jié)了TRRs抑制TR的機(jī)制，包括磷基阻燃劑、勃姆石、電解質(zhì)毒物和其他TRR。接下來(lái)介紹了膠囊的合成及TRR的釋放特性，討論了具有仿生TRR膠囊的電池的電化學(xué)、安全性能及其他應(yīng)用（自愈隔膜）。

圖1. 電池中TRR的機(jī)制

最后，作者列出了未來(lái)電池安全研究的幾個(gè)可能方向：

（1）基于TRR膠囊的先進(jìn)電池亟需研究；

（2）TRR膠囊的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常重要，構(gòu)建具有增強(qiáng)電池安全性的表面納米孔的仿生阻燃膠囊很有意義；

（3）需要進(jìn)一步擴(kuò)展TRR類(lèi)型，以獲得更好的TR抑制同時(shí)避免影響電池比能量；

（4）一體式膠囊技術(shù)將成為研究熱點(diǎn)，因?yàn)槠洳粫?huì)改變電池的原有結(jié)構(gòu)且對(duì)現(xiàn)有的LIB生產(chǎn)線不會(huì)產(chǎn)生太大影響；

（5）進(jìn)一步簡(jiǎn)化現(xiàn)有膠囊制備工藝，提高可重復(fù)性同時(shí)降低加工成本。

圖2. 一體式膠囊的合成過(guò)程和圖像

Bioinspired Thermal Runaway Retardant Capsules for Improved Safety and Electrochemical Performance in Lithium-Ion Batteries, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202103796

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