近年來，電池安全問題一直是研究者，生產者和消費者關注的最重要問題。三星，特斯拉等一系列知名電池企業發生了由電池爆炸而引發的市場危機。據統計，僅2022年全國因電池安全事故造成的經濟和人員損失就呈現加倍增長趨勢。同時，2012-2022年近10年的時間里，全球共發生儲能電站火災爆炸事故32起，其火災的共同特點主要有：事故電池多為三元鋰電池，且大多發生在充電和充電休止期間。事實上，在能量密度為王的時代，其風光背后安全顯得更加重要！安全才是電池能夠持續發展的基石，承載著電池的安身立命之本。因此，由電池安全引發的熱失控現象就像手榴彈爆炸一樣，一旦它發生了，就難補救，這也是近年來科研工作者一直在努力的方向，這對電池產業發展和人們的生命安全都極其重要！

1.?清華大學張強團隊Advanced Materials：安全鋰金屬電池用熱響應電解質

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近日，清華大學張強教授和東南大學程新兵教授設計了一種熱響應特性的新型電解質體系，極大地提高了1.0 Ah LMBs的熱安全性。主要是將碳酸乙烯酯(VC)與雙氮二異丁腈引入作為熱響應溶劑，以提高固體電解質(SEI)和電解質的熱穩定性。與常規電解質中廣泛獲得的無機組分相比，在SEI中使用熱反應性的電解質形成了豐富的聚(VC)。這將熱安全的臨界溫度從71.5℃提高到137.4℃。當電池溫度異常升高時，殘留的VC溶劑會聚合成聚VC。聚(VC)不僅可以作為阻擋電極之間直接接觸的屏障，還可以吸附游離液體溶劑，從而減少電極與電解質之間的放熱反應。因此，LMBs的內部短路溫度和“燃點”溫度(熱失控的起始溫度)從126.3℃和100.3℃大幅升高到176.5℃和203.6℃。這項工作為在商業電解質中添加各種熱響應溶劑以獲得熱穩定的LMBs提供了新的見解。相關成果以“Thermoresponsive Electrolytes for Safe Lithium Metal Batteries”為題發表在國際頂級期刊Advanced Materials上。

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2.?三校聯合！黃佳琦/張強/程新兵Angew：共謀鋰電安全新方案！

在此，北京理工大學黃佳琦教授，清華大學張強教授，東南大學程新兵教授（共同通訊作者）基于二氟乙酸甲酯（MFA）獨特的聚合位點和更多的氟化物取代，在鋰金屬負極上原位聚合（Poly-MFA）構建了一個富含聚合物的固體電解質中間相，以此來提高鋰金屬電池的安全性。究其原因，富氟、無氫聚合物具有較高的熱穩定性，能夠有效降低電解液與負極/正極之間放熱反應。實驗結果表明，由Li負極和LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正極組成的1.0 Ah軟包電池的熱安全臨界溫度，從143.2°C提高到174.2°C。同時，鋰金屬電池的“點火”點，即電池熱失控的啟動溫度，能夠從240.0°C急劇升高到338.0°C。這項工作高密度和熱安全的鋰金屬電池設計提供了新的思路。相關研究成果以“Thermally Stable Polymer-Rich Solid Electrolyte Interphase for Safe Lithium Metal Pouch Cells”為題發表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

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3.?AM：通過凝膠拉伸衍生的納米多孔無收縮隔膜提高鋰離子電池安全性

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在這項研究中，清華大學何向明、王莉課題組和美國阿貢國家實驗室Khalil Amine、徐桂良課題組合作，通過一種新的凝膠拉伸取向方法制備了一種納米多孔無收縮隔膜(GS-PI)來消除熱失控。在加熱過程中的原位同步小角X射線散射清楚地表明所制備的薄型GS-PI隔膜在高溫下表現出優越的機械耐受性，從而有效地防止內部短路。同時，獨特的納米多孔結構設計進一步阻斷了化學串擾和相關的放熱反應。加速量熱測試表明，使用GS-PI納米孔隔膜的1 Ah鎳鈷錳(NCM622)/石墨軟包電池的最大溫升(dT/dt_max)僅為3.7℃s^-1，而使用Al₂O₃@PE大孔隔膜的最大溫升為131.6℃s^-1。此外，盡管GS-PI隔膜的孔徑有所減小，但在不犧牲比容量和倍率性能的前提下，GS-PI隔膜在高溫下表現出比傳統Al₂O₃@PE隔膜更好的循環穩定性。相關論文以題為：“Simultaneously Blocking Chemical Crosstalk and Internal Short Circuit via Gel-Stretching Derived Nanoporous Non-Shrinkage Separator for Safe Lithium-Ion Batteries”發表在ADVANCED MATERIALS上。

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4.?Battery Energy：LiNixMnyCo1‐x‐yO2作為正極材料的鋰離子電池熱失控機理研究進展

清華大學何向明教授簡要回顧了近20年來LIBs的TR研究進展，并對近年來在材料/電池/模塊水平上，不同陰極的LIBs的TR機制的研究進展進行了討論。作者提出了LiNi_xMnyCo_1‐x‐yO_2?(NMC)‐基LIBs最新的加速量熱計(ARC)數據，并重新思考液態電解質在TR中的作用。最后，研究討論了目前最常見的TR機制知識，并簡要總結了緩解TR的策略。

相關研究工作以“Trends in a study on thermal runaway mechanism of lithium‐ion battery with LiNixMnyCo_1‐x‐yO₂?cathode materials”為題發表在國際知名期刊Battery Energy上。

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5.?斯坦福大學崔屹Nano Letters：超輕阻燃復合聚合物固態電解質——超安全電池

斯坦福大學崔屹教授課題組設計了一種防火、超輕的復合聚合物固態電解質，電解質的電池不僅使得金屬鋰電池具有優異的電化學性能，也使得電池具有極高的安全性。復合SSEs是由多孔聚酰亞胺主體框架與鋰離子SPE填料制成。采用輕質阻燃材料十溴二苯乙烷(DBDPE)制成微米厚的多孔聚酰亞胺(PI)薄膜，不僅具有較強的力學性能，防止鋰枝晶穿透，還具有 SSEs的防火性能。由聚環氧乙烷/雙三氟甲烷磺酰基鋰（PEO/LiTFSI）組成SPE填料，具有較高的離子電導率。復合電解質的超薄和聚合物性質使全電池具有很大的靈活性，低電解質電阻和潛在的高能量密度。

相關研究工作以“A Fireproof, Lightweight, Polymer?Polymer Solid-State Electrolyte for Safe Lithium Batteries”為題發表在國際頂刊Nano Letters上。

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6.?全新電池監測方法 登上Nature Energy

法國法蘭西公學院Jean-Marie Tarascon教授團隊報道了一種新的電池監測方法，該方法使用operando紅外纖維倏逝波光譜(FEWS)來監測商用18650 Na離子電池和swagelok型Li(Na)離子電池的電解液演變過程。由于常用的二氧化硅(SiO₂)光纖被限制在0.8至2微米的傳輸區域，本研究改為使用硫化物玻璃纖維，其傳輸范圍為3至13 μm。該方法可以提供SEI生長步驟所涉及的數據，以及跟蹤循環時的Li(Na)含量。

相關研究工作以“Unlocking cell chemistry evolution with? operando fibre optic infrared spectroscopy? in commercial Na(Li)-ion batteries”為題發表在國際頂級期刊Nature Energy上。

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7.?JPS：大型全極耳圓柱形鋰離子電池在不同環境條件下的快速充電性能和最佳熱管理

近日，德國亞琛工業大學Hendrik Pegel等人采用了一款專為汽車高性能應用而設計的具有新穎的全極耳設計、先進的富鎳正極和SiO_x-C負極的圓柱形鋰離子電池，用于參數化建模并研究大型圓柱形電池的性能。作者非常重視對增強型極耳設計的內部熱路徑進行精確建模和驗證。這對于有效的熱管理來說至關重要，并且是全極耳電池相比以前的單極耳電池的最大優勢之一。空間分辨的物理化學模型在-20°C至65°C的溫度范圍內通過多個不同測試設置的實驗數據進行了廣泛驗證。經驗證的模型用于研究在不同環境條件下基于局部負極電壓和析鋰風險的最佳快速充電時間和熱管理策略。這些發現總結在一個通用的冷卻和加熱圖中，該圖對大型圓柱形電池從10%到80%充電狀態的快速充電性能進行了展望。

相關研究文章以“Fast-charging performance and optimal thermal management of large-format full-tab cylindrical lithium-ion cells under varying environmental conditions”為題發表在Journal of Power Sources上。

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8.?歐陽明高院士團隊Joule：早期自加熱階段的還原氣體調控抑制電池熱失控

清華大學核能與新能源技術研究院王莉副研究員、清華大學汽車安全與節能國家重點實驗室馮旭寧助理教授、歐陽明高院士團隊將研究方向轉向早期的HA階段，試圖提前防止熱失控。研究通過在早期熱累積階段調控有害反應來控制液體鋰離子電池的熱失控過程，在此階段，熱量發生了輕度累積。研究人員發現還原性氣體，特別是那些具有低鍵解離能的（不飽和碳氫化合物，如烯烴和炔烴），可以從低于80 ℃的溫度誘導正極晶體結構的變化與氧氣釋放。因此，該研究設計了四種安全策略來打破這種“還原性攻擊”途徑，并成功地防止了商用鋰離子電池的熱失控（容量為60 Ah，能量密度為280 Wh kg^-1）。這一新的安全見解和方法將克服液體電解質在安全能源應用方面的限制。相關研究成果以“Reductive gas manipulation at early self-heating?stage enables controllable battery thermal failure”為題發表在國際頂級期刊Joule上。

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