集流器: 德国新型电池薄膜将提升电动汽车动力与安全性

若发生短路，聚合物基体材料会熔断，瞬间切断电流路径。

德国研究人员开发出一种新的卷对卷生产工艺，旨在提高锂电池的安全性并提升其能量密度。

弗劳恩霍夫电子束和等离子体技术研究所 (Fraunhofer FEP) 开发了这项工艺，用于制造锂离子电池的一种新型组件 —— 聚合物基金属集流器 (metal-on-polymer current collectors)。

随着电动汽车日益普及，这种新型集流器作为一种内置安全机制，可在防止锂离子电池起火方面发挥关键作用。

防止热失控

这项创新技术旨在解决传统锂离子电池固有的火灾风险。这种风险通常由过充、组件损坏或过热引起的“热失控”导致。

电动汽车电池起火难以扑灭，因为电池并非一个单一单元。实际上，它由许多堆叠在一起的独立电芯组成。一旦某个电芯因化学反应起火，如同热失控一样，其产生的强烈热量会迅速蔓延至相邻电芯，直至整个电池包被火焰吞噬。

新型集流器采用聚合物薄膜替代了传统的金属箔片，该薄膜两面均镀有薄薄的铝层或铜层。

这一看似微小的改变带来了巨大优势。首先，它减轻了集流器的重量，从而提高了电池电芯的能量密度。功率更大，体积更小。

但更重要的是，它对安全至关重要。如果发生短路，聚合物基体材料会直接熔断，瞬间切断电流路径。

这阻止了热量积聚，直接预防了危险的热失控。它相当于电池内部集成的安全保险丝。

弗劳恩霍夫 FEP 研究所完善了一种卷对卷工艺，利用电子束蒸镀技术精确地施加这些金属涂层。

技术项目经理克劳斯·卢伯 (Claus Luber) 表示：“挑战在于如何设计聚合物薄膜和涂层工艺，使得集流器的厚度能与现有金属薄膜相媲美，同时金属层能具有最佳的导电性。”

他们成功了！

更安全的未来电池

该工艺成功地在聚合物薄膜上沉积了铜和铝的双面涂层，每层厚度高达1微米。

对于两种金属，该工艺都生产出了致密、无褶皱的薄膜，使其非常适合集成到电池生产中。

性能证明一切。项目合作伙伴布伦瑞克工业大学 (TU Braunschweig) 已将这种新型聚合物基金属集流器集成到软包电池中。

研究人员指出：“对这些电池的电化学性能进行了测试，并与传统的参考电池进行了比较。”

新闻稿补充道：“在这些测试中，使用聚合物基金属集流器的电池，在不同充放电速率下的性能和循环稳定性方面，表现与参考电池相当。”

研究团队表示，利用这种新的卷对卷方法，可以大规模生产这些新型聚合物基金属电池部件。

这些新部件有助于电池在相同体积下储存更多电力，这意味着手机可能续航更久，或者电动汽车的行驶里程更长。

如果出现问题导致电池短路，这种新型集流器的设计能够防止危险的过热和潜在的火灾。

这一发展为电池制造商奠定了坚实的基础，以开发出性能更优的下一代锂离子电池。

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