應用案例｜電池絕熱量熱儀應用于復旦大學新型纖維聚合物鋰電池熱安全研究
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本研究運用的小型電池絕熱量熱儀BAC-90A，針對復旦大學王兵杰團隊研發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。相關研究成果《Quasi - solid Fiber - shaped Lithium - ion Batteries with Fire Resistance》已發表于《Angewandte Chemie》期刊，為該電池在智能可穿戴設備等領域的應用夯實了理論基礎。
前言
在科技飛速發展的推動下，移動互聯網和萬物互聯技術日益普及，其中穿戴設備的興起促使柔性電池迎來了發展良機。目前行業內廣泛生產和使用的塊狀鋰電池（軟包、方殼及圓柱型）難以滿足柔性設備的需求。纖維鋰離子電池因其柔性、可編織性及電化學儲能特性，成為極具潛力的解決方案，有望實現通過衣物或配飾為穿戴設備持續供電，在眾多柔性材料應用場景中具備替代傳統電池的潛力。
然而，纖維電池的實用化面臨諸多挑戰。復旦大學王兵杰團隊在該領域取得重大突破，成功解決了聚合物復合活性材料與纖維電極界面穩定性難題，連續構建出兼具良好安全性和綜合電化學性能的新型纖維聚合物鋰離子電池，其成果發表于《自然》主刊，成為儲能、可穿戴技術及柔性電子領域的新里程碑。
該團隊研發的纖維電池采用半固態或固態電解質，并運用更安全的封裝方式，熱安全性較傳統商用電池有所提升。為進一步驗證其安全性，本研究運用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，為其實際應用提供關鍵數據依據。
圖1 纖維鋰電池概念圖與應用示例
方案介紹
本次實驗采用BAC-90A小型電池絕熱量熱儀的HWS模式測試纖維鋰電池熱失控過程。該實驗模式能夠準確測量得到鋰電池自放熱起始溫度（T1）、熱失控起始溫度（T2）等關鍵電池熱安全參數。
圖2 小型電池絕熱量熱儀BAC-90A
同時，考慮到纖維鋰電池的特殊結構，實驗采用特定裝樣方法以確保測試準確性。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驗過程中的溫度均勻性，確保實驗過程中的絕熱效果。
圖3 纖維鋰電池裝樣示意圖
測試結果
圖4 1號電池(a)熱失控溫升和(b)溫升速率-溫度曲線
圖5 2號電池(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號電池和2號電池實驗的自放熱起始溫度T1均在155℃附近，明顯高于常規動力或儲能電池。在整個熱失控過程中，其升溫速率均遠低于T2檢測閾值（60℃/min）。
另外，上述實驗結果與電池的封裝質量占比較高也有關。高封裝質量有助于抑制電池內部的副反應，減少熱量的產生和積聚，從而有效提升電池的熱穩定性，降低熱失控風險。
總體實驗表明該纖維鋰電池和器件具有良好的熱穩定性和較低的熱失控風險，能夠安全地應用于智能可穿戴設備等領域。
總結
這一研究成果為復旦大學王兵杰團隊研發的新型纖維聚合物鋰離子電池在智能可穿戴設備、柔性電子等領域的廣泛應用提供了堅實的實驗依據和理論支持。未來，隨著研究的不斷深入，將繼續以精益的產品、卓越的服務，為鋰電池創新技術發展與應用保駕護航。
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