日前，美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的研究學(xué)者對(duì)外表示已經(jīng)研發(fā)出了一種內(nèi)部短路器同時(shí)還成功申請(qǐng)到了專(zhuān)利保護(hù)。通過(guò)該短路器可以模擬仿真那些可能引起鋰離子電池溫度升高最終導(dǎo)致熱量流失的內(nèi)部缺陷問(wèn)題。內(nèi)部短路器研發(fā)的最主要目的就是為了通過(guò)對(duì)鋰離子電池內(nèi)部缺陷進(jìn)行模擬仿真從而確定導(dǎo)致電池溫度升高、熱量流失的根本原因，最終改善鋰離子電池的設(shè)計(jì)。

　　在研發(fā)過(guò)程中，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室與美國(guó)國(guó)家特種航天局進(jìn)行了項(xiàng)目合作。其中主要的合作內(nèi)容就是為了通過(guò)共同努力而研究出一種全新的、精準(zhǔn)度更高的內(nèi)部短路器，從而對(duì)電池內(nèi)部短路后進(jìn)行后續(xù)行為預(yù)測(cè)，最終在進(jìn)行單個(gè)電池或電池堆棧設(shè)計(jì)時(shí)可以建立相應(yīng)的安全機(jī)制。截止至目前，以上內(nèi)部短路器項(xiàng)目的首批產(chǎn)品已經(jīng)成功應(yīng)用到了美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)國(guó)家特種航天局以及鋰電池生產(chǎn)廠商中，通過(guò)以上內(nèi)部短路器產(chǎn)品可以有效幫助以上用戶(hù)學(xué)習(xí)到電池內(nèi)部缺陷的影響以及相應(yīng)的解決措施。

　　在鋰電池內(nèi)部短路問(wèn)題的發(fā)生一般是由多種因素造成的，其中最根本的原因還是一些內(nèi)部的微小缺陷造成的。例如在電池的制造過(guò)程中如果不小心加入了一點(diǎn)微小的外來(lái)物質(zhì)那么此時(shí)電池就將存在一些內(nèi)部缺陷。

　　通過(guò)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)部短路器不僅可以預(yù)測(cè)電池的工作走勢(shì)，同時(shí)還可以預(yù)防周?chē)h(huán)境對(duì)電池造成影響從而造成熱量流失。如果電池內(nèi)部確實(shí)發(fā)生了短路問(wèn)題，那么將熱量流失限制在某一個(gè)電池單元內(nèi)將可以有效降低整個(gè)電池組的損壞程度。內(nèi)部短路器的應(yīng)用可以幫助鋰電池制造廠商優(yōu)化設(shè)計(jì)其電池結(jié)構(gòu)從而使得整個(gè)電池的熱量流失問(wèn)題最小化，其中對(duì)電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)常用的措施包括在電池單元之間增加保護(hù)屏障、確保電池單元流失的局限性以及在電池單元電力連接之間建立一種特殊的預(yù)防機(jī)制。

　　全新內(nèi)部短路器對(duì)于目前的內(nèi)部短路措施而言是一種革命性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。目前能夠主動(dòng)促使電池內(nèi)部短路的措施主要包括釘子穿刺、硬桿穿刺、沖擊電池、為電池加反向電壓以及增加電池的溫度等。作為一種內(nèi)置在電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)內(nèi)部短路器其可以有效模擬電池的內(nèi)部缺陷問(wèn)題。與此同時(shí)，通過(guò)內(nèi)部短路器的應(yīng)用還可以在不損壞電池外部結(jié)構(gòu)的前提下對(duì)電池內(nèi)部短路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

　　與傳統(tǒng)的電池內(nèi)部短路措施相比，內(nèi)部短路器作為一種完全內(nèi)置在電池內(nèi)部的熱管理開(kāi)關(guān)，其工作過(guò)程相當(dāng)可靠同時(shí)其還具有相當(dāng)?shù)目煽匦?。其也可以放置在電池?nèi)部的任意位置，同時(shí)還能模擬所有的四種短路方式，其中包括電極-電極短路、電極-陰極短路、電極-陽(yáng)極短路以及陰極-陽(yáng)極短路，不同的短路方式對(duì)應(yīng)著不同的反應(yīng)。

　　全新內(nèi)部短路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)由一個(gè)小的銅鋁圓盤(pán)、一個(gè)銅球、聚乙烯或聚丙烯分離器以及一層蠟?zāi)?蠟?zāi)ず穸扰c一根頭發(fā)絲直徑相當(dāng))組成。在將內(nèi)部短路器置入到電池后通過(guò)對(duì)內(nèi)部短路器進(jìn)行加熱可以使得其表面的蠟?zāi)と诨?，這樣一來(lái)就可以使得短路器內(nèi)部的金屬部件相互接觸從而最終觸發(fā)短路。在電池內(nèi)部發(fā)生短路后布置在電池內(nèi)外的傳感器就開(kāi)始工作對(duì)電池的后續(xù)反應(yīng)進(jìn)行記錄。

　　針對(duì)內(nèi)部短路器進(jìn)行更深一步的研究就是其蠟?zāi)?wèn)題。石蠟的融化溫度為30℃-150℃，但是研究人員發(fā)現(xiàn)石蠟材質(zhì)用于以上內(nèi)部短路器中有些韌性不足容易發(fā)生碎裂，在嵌入到電池的過(guò)程中就可能因?yàn)檫@個(gè)原因而破碎。最終研究人員選擇采用了微晶石蠟，該石蠟材質(zhì)韌性更強(qiáng)，同時(shí)其也廣泛應(yīng)用于化妝品、發(fā)膠等非工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)將以上微晶石蠟與普通石蠟進(jìn)行混合就可以得到附著力、柔韌性和硬度均滿(mǎn)足內(nèi)部短路器使用要求的石蠟材質(zhì)。

　　截止至目前，Keyser與其研究小組針對(duì)內(nèi)部短路器技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了為期超過(guò)5年的研究?，F(xiàn)在其正在與各個(gè)電池生產(chǎn)廠家進(jìn)行協(xié)商具體的商業(yè)化合作問(wèn)題其最終目的就是了推動(dòng)其內(nèi)部短路器的大范圍應(yīng)用。

　　美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室表示將繼續(xù)與美國(guó)國(guó)家特種航天局在航天用電池安全方面保持合作關(guān)系。與此同時(shí)已經(jīng)有越來(lái)越多的電池制造廠商開(kāi)始接受使用以上全新內(nèi)部短路器。除了內(nèi)部短路器外，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的研究人員還針對(duì)電池的安全性問(wèn)題從多個(gè)物理層面采用了多種模型、多種仿真工具進(jìn)行了全面的研究。在分子層面，電池電極表面的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效降低電極分解以及相應(yīng)的氣體產(chǎn)生問(wèn)題的產(chǎn)生;而在電池組層面，通過(guò)模擬仿真得到了電池組過(guò)度使用情況下的內(nèi)部壓力變化趨勢(shì)。