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随着电动汽车、高端电子设备对续航要求的不休提升，锂金属电池因其极高的能量密度被视为下一代储能技术的远景。然而，其贸易化路路一向受到安全忧郁的故障。锂金属电池为何更危险？其热失控的本原到底在哪里？

近日，颁发在Cell Reports Physical Science上的一项钻研为我们带来了关键思路。德国明斯特大学的钻研团队利用 THT 的 ES ARC 绝热加快量热仪（ARC）等热分析技术，进行了一项全面的锂金属电池安全性钻研，指出锂金属的沉积状态，是决定热安全性的最关键成分。这项钻研不仅为锂金属电池的设计指了然方向，也凸显了 ARC 在电池研发中不成或缺的“安全哨兵”角色。

为了仿照最严苛的滥用前提，钻研人员将锂金属软包电池以及分歧厚度的锂金属电极电解液混合物，分组置于 ES ARC 中进行绝热分析。

ES ARC 的主题优势在于它能为电池提供不变绝热环境，保障电池自身反映产生的所有热量都不会向表消散，从而能够精准追踪电池从自加热到最终热失控的齐全过程，并获得Tonset、热失控肇始温度、自加热快率等关键安全参数。

图1 锂金属软包电池HWS热失控测试示意图

通过度析这些数据，钻研人员能够获得自加热肇始温度、热失控触发温度、最大温升快率等关键参数，这些参数如同锂电池热安全的 “指纹” ，为电池设计和使用提供了至关沉要的安全天堑参考。

新造备的（pristine）锂金属电池自觉热在180℃以来，然而电池经过充放电老化循环后，情况急转直下,循环后的电池在30°C左右就起头出现显著的自产热，并在80-90°C的低温下就触发了热失控，导致电池剧烈变形、分裂。

这一温度远低于传统锂离子电池的热失控触发点，甚至靠近电池的正常工作温度，安全风险极高。

随后团队又进行了分歧厚度锂金属阳极的原始锂金属软包电池以贾金属阳极与电解液组分混合物的绝热量热测试，数据如下所示：

图2 针对原始20与100 um锂金属软包电池的热失控钻延转—基于肇始温度30℃和50℃测试下温度变动曲线；锂溶解过程细节数据；放热自生热快率曲线。

图3 分歧厚度锂金属阳极的原始锂金属软包电池以贾金属阳极与电解液组分混合物的热数据对比

图4 分歧厚度锂金属阳极的原始锂金属软包电池循环老化后的温升快率/温度曲线

钻研发现，对于新造备的（pristine）锂金属电池，其发热重要始于锂金属溶解（约180°C）之后。溶解的锂露出出新鲜、高活性的表表，与电解质产生剧烈放热反映。此时，ARC数据显示电池虽剧烈发热，但并未当即进入热失控。

削减电池中锂金属的用量（即便用更薄的锂箔）是否能提升安全性？钻研团队系统对比了锂厚度为0μm（零过量锂）、20μm、50μm和100μm的锂金属电池以贾金属负极和电解液组分混合物的绝热量热了局。

图5 激光扫描显微镜与冷冻聚焦离子束-扫描电镜锂金属负极截面成像

了局批注对于新电池，削减锂用量的确能降低总放热量，有益安全。但在循环老化后，只有电池初始存在锂金属（20-100μm），其热失控行为险些没有差距。它们都在低温下剧烈失控。底子原因在于，循环后所有电池的负极上都形成了大量高表表积锂（HSAL），也就是多孔、苔藓状的锂枝晶（如图5）。这些HSAL拥有极高的化学反映活性，是真正的“火药桶”。

而唯一例表的是零过量锂电池（ZELMB）。由于可循环的锂总量有限，其形成的HSAL量较少，ARC 测试中它甚至没有产生热失控。但这重要是由于它“火药”少，而非更安全。这项发现颠覆了“单纯削减锂用量就能保险安全”的单一认知，指出节造锂沉积状态、抑造枝晶成长才是安全设计的主题。

ES ARC 绝热加快量热仪

EV+ ARC 绝热加快量热仪