日前，美國能源部國家可再生能源實驗室的研究學者對外表示已經(jīng)研發(fā)出了一種內(nèi)部短路器同時還成功申請到了專利保護。通過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致熱量流失的內(nèi)部缺陷問題。內(nèi)部短路器研發(fā)的最主要目的就是為了通過對鋰離子電池內(nèi)部缺陷進行模擬仿真從而確定導致電池溫度升高、熱量流失的根本原因，最終改善鋰離子電池的設(shè)計。

　　在研發(fā)過程中，美國國家可再生能源實驗室與美國國家特種航天局進行了項目合作。其中主要的合作內(nèi)容就是為了通過共同努力而研究出一種全新的、精準度更高的內(nèi)部短路器，從而對電池內(nèi)部短路后進行后續(xù)行為預測，最終在進行單個電池或電池堆棧設(shè)計時可以建立相應的安全機制。截止至目前，以上內(nèi)部短路器項目的首批產(chǎn)品已經(jīng)成功應用到了美國國家可再生能源實驗室、美國國家特種航天局以及鋰電池生產(chǎn)廠商中，通過以上內(nèi)部短路器產(chǎn)品可以有效幫助以上用戶學習到電池內(nèi)部缺陷的影響以及相應的解決措施。

　　在鋰電池內(nèi)部短路問題的發(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程中如果不小心加入了一點微小的外來物質(zhì)那么此時電池就將存在一些內(nèi)部缺陷。

　　通過美國國家可再生能源實驗室的內(nèi)部短路器不僅可以預測電池的工作走勢，同時還可以預防周圍環(huán)境對電池造成影響從而造成熱量流失。如果電池內(nèi)部確實發(fā)生了短路問題，那么將熱量流失限制在某一個電池單元內(nèi)將可以有效降低整個電池組的損壞程度。內(nèi)部短路器的應用可以幫助鋰電池制造廠商優(yōu)化設(shè)計其電池結(jié)構(gòu)從而使得整個電池的熱量流失問題最小化，其中對電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計常用的措施包括在電池單元之間增加保護屏障、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防機制。

　　全新內(nèi)部短路器對于目前的內(nèi)部短路措施而言是一種革命性的創(chuàng)新設(shè)計。目前能夠主動促使電池內(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)過測試發(fā)現(xiàn)內(nèi)部短路器其可以有效模擬電池的內(nèi)部缺陷問題。與此同時，通過內(nèi)部短路器的應用還可以在不損壞電池外部結(jié)構(gòu)的前提下對電池內(nèi)部短路進行實驗研究。

　　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)部的熱管理開關(guān)，其工作過程相當可靠同時其還具有相當?shù)目煽匦?。其也可以放置在電池?nèi)部的任意位置，同時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-陽極短路以及陰極-陽極短路，不同的短路方式對應著不同的反應。

　　全新內(nèi)部短路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)由一個小的銅鋁圓盤、一個銅球、聚乙烯或聚丙烯分離器以及一層蠟膜(蠟膜厚度與一根頭發(fā)絲直徑相當)組成。在將內(nèi)部短路器置入到電池后通過對內(nèi)部短路器進行加熱可以使得其表面的蠟膜融化，這樣一來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)外的傳感器就開始工作對電池的后續(xù)反應進行記錄。

　　針對內(nèi)部短路器進行更深一步的研究就是其蠟膜問題。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，在嵌入到電池的過程中就可能因為這個原因而破碎。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，同時其也廣泛應用于化妝品、發(fā)膠等非工業(yè)應用領(lǐng)域。通過將以上微晶石蠟與普通石蠟進行混合就可以得到附著力、柔韌性和硬度均滿足內(nèi)部短路器使用要求的石蠟材質(zhì)。

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

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