工研院開發高能防延燒材料,不怕鋰電池連環爆炸慘況

作者 | 發布日期 2017 年 10 月 26 日 17:49 | 分類 尖端科技 , 材料 , 材料、設備 follow us in feedly

前年震驚全球的三星手機 Galaxy Note 7 鋰電池爆炸災情哀鴻遍野,電動車大廠特斯拉(Tesla)的Model S、Model X 型號也都曾傳出鋰電池爆炸引發火燒車事故,製造商愛極鋰電池,但同時美國聯邦航空總署(FAA)正在禁止普遍裝備鋰電池的筆電「登機」。人們對鋰電池可說是又愛又恨,現在,工研院研發出一種「應用於電池模組的防延燒複合材料」,能有效遏止單顆鋰電池燃燒時引發連環爆的慘況,研究頗受外界矚目,預計最快 1~2 年可以商業化。



尺寸排列及成本是一般電池組設計的主要考量,但時常忽視單顆電池出現異常爆炸時所觸發的延燒與蔓延反應,恐導致整組電池連鎖爆炸的慘況。安全的電池模組除了考量電池本體外,也須納入電控整體設計,工研院研發出應用於電池模組的防延燒複合材料,兼具高導熱性(k = 0.75~0.8 W/m*k,比一般塑膠材料強 3~4 倍)、高強度、耐撞擊、阻燃(符合 UL94V0 阻燃)等特性,可以用來取代支撐、固定現有電池組電芯結構的外殼塑膠材料。

在常溫下,防延燒複合材料可以幫助模組散熱,而當電池因高溫而爆炸時,防延燒材料具有阻燃特性,能抑制電池引發的延燒效應,大幅提高電池組安全性。

實驗過程中,團隊採用 10 顆 2.5 Ah 的 18650 電池(目前使用最普遍的圓柱狀鋰電池,小至筆電、大至電動車、電動機車)並聯進行針刺測試,針徑 3 mm,針速 25 mm/s,透過故意讓其中 2 顆電池短路,導致電解質流出而燃燒爆炸。以往,就算 1、2 顆鋰電池秀逗了都可能成為整組鋰電池的害群之馬,城門失火殃及池魚,更不用說特斯拉一台電動車裝了 7,000 顆 18650 電池,一旦出現一顆老鼠屎,7,000 顆電池連環燃燒爆炸的結果不堪設想。

(Source:Tesla

但是,在防延燒複合材料的保護之下,實驗結果表明材料可以短時間內遏止火勢蔓延,短路燃燒的鋰電池自顧燒完以後就壽終正寢,而其他顆電池全數安然無恙,鄰居家失火對它們而言似乎是件不痛不癢的事情。工研院材料與化工研究所研究主任陳世明受訪時表示,這種防延燒複合材料由耐燃樹脂和玻璃纖維組成,包覆在電池之外,厚度僅 1 mm。

前陣子,美國休士頓一輛攜帶鋰電池的火車發生爆炸,威力強大到震破附近住家的窗戶;《NBC》報導,美國聯邦航空總署最近正在向聯合國提交「禁止旅客攜帶筆記型電腦登機」的申請文件,他們進行一系列測試,包括當頭髮乾洗噴霧劑和筆電放在一起時,幾乎一瞬間就引燃火勢,噴霧劑更在40秒內爆炸,貨物艙內的消防系統也無法撲滅這股惡火。

近年來,鋰電池與多起爆炸事件都有關聯,雖然整體上鋰電池相當可靠,但萬一不肖製造商偷工減料,鋰電池就會造成災難,一種極為有效的防延燒材料,或許會是鋰電池產業的超級定心劑。

(首圖來源:科技新報)