一、本期預(yù)覽
本研究運(yùn)用仰儀科技的小型電池絕熱量熱儀BAC-90A，針對(duì)復(fù)旦大學(xué)王兵杰團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型纖維聚合物鋰離子電池開展熱失控測試，深入剖析了該纖維電池的熱安全性。相關(guān)研究成果《Quasi - solid Fiber - shaped Lithium - ion Batteries with Fire Resistance》已發(fā)表于《Angewandte Chemie》期刊，為該電池在智能可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用夯實(shí)了理論基礎(chǔ)。
二、前言
在科技飛速發(fā)展的推動(dòng)下，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和萬物互聯(lián)技術(shù)日益普及，其中穿戴設(shè)備的興起促使柔性電池迎來了發(fā)展良機(jī)。目前行業(yè)內(nèi)廣泛生產(chǎn)和使用的塊狀鋰電池（軟包、方殼及圓柱型）難以滿足柔性設(shè)備的需求。纖維鋰離子電池因其柔性、可編織性及電化學(xué)儲(chǔ)能特性，成為極具潛力的解決方案，有望實(shí)現(xiàn)通過衣物或配飾為穿戴設(shè)備持續(xù)供電，在眾多柔性材料應(yīng)用場景中具備替代傳統(tǒng)電池的潛力。
然而，纖維電池的實(shí)用化面臨諸多挑戰(zhàn)。復(fù)旦大學(xué)王兵杰團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域取得重大突破，成功解決了聚合物復(fù)合活性材料與纖維電極界面穩(wěn)定性難題，連續(xù)構(gòu)建出兼具良好安全性和綜合電化學(xué)性能的新型纖維聚合物鋰離子電池，其成果發(fā)表于《自然》主刊，成為儲(chǔ)能、可穿戴技術(shù)及柔性電子領(lǐng)域的新里程碑。
該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的纖維電池采用半固態(tài)或固態(tài)電解質(zhì)，并運(yùn)用更安全的封裝方式，熱安全性較傳統(tǒng)商用電池有所提升。為進(jìn)一步驗(yàn)證其安全性，本研究運(yùn)用仰儀科技小型電池絕熱量熱儀BAC - 90A測定纖維電池的絕熱熱失控特征參數(shù)，為其實(shí)際應(yīng)用提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)依據(jù)。
圖1 纖維鋰電池概念圖與應(yīng)用示例
本次實(shí)驗(yàn)采用BAC-90A小型電池絕熱量熱儀的HWS模式測試?yán)w維鋰電池?zé)崾Э剡^程。該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ侥軌驕?zhǔn)確測量得到鋰電池自放熱起始溫度（T1）、熱失控起始溫度（T2）等關(guān)鍵電池?zé)岚踩珔?shù)。
圖2 小型電池絕熱量熱儀BAC-90A
同時(shí)，考慮到纖維鋰電池的特殊結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)采用特定裝樣方法以確保測試準(zhǔn)確性。如圖3所示，我們將電池卷成螺旋狀，并用鋁塑膜將其塑封固定，隨后在外部包裹保溫棉。此方法不僅能夠有效測量電池表面的溫度，還能保證電池樣品在實(shí)驗(yàn)過程中的溫度均勻性，確保實(shí)驗(yàn)過程中的絕熱效果。
圖3 纖維鋰電池裝樣示意圖
四、測試結(jié)果
圖4 1號(hào)電池(a)熱失控溫升和(b)溫升速率-溫度曲線
圖5 2號(hào)電池(a)熱失控溫升和(b)溫升速率-溫度曲線
如圖4和圖5所示，1號(hào)電池和2號(hào)電池實(shí)驗(yàn)的自放熱起始溫度T1均在155℃附近，明顯高于常規(guī)動(dòng)力或儲(chǔ)能電池。在整個(gè)熱失控過程中，其升溫速率均遠(yuǎn)低于T2檢測閾值（60℃/min）。
另外，上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果與電池的封裝質(zhì)量占比較高也有關(guān)。高封裝質(zhì)量有助于抑制電池內(nèi)部的副反應(yīng)，減少熱量的產(chǎn)生和積聚，從而有效提升電池的熱穩(wěn)定性，降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)。
總體實(shí)驗(yàn)表明該纖維鋰電池和器件具有良好的熱穩(wěn)定性和較低的熱失控風(fēng)險(xiǎn)，能夠安全地應(yīng)用于智能可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。
這一研究成果為復(fù)旦大學(xué)王兵杰團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型纖維聚合物鋰離子電池在智能可穿戴設(shè)備、柔性電子等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論支持。未來，隨著研究的不斷深入，仰儀科技將繼續(xù)以精益的產(chǎn)品、卓越的服務(wù)，為鋰電池創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用保駕護(hù)航。
