近年来,由锂离子电池(LIBs)热失控引发的汽车起火爆炸等事故屡见不鲜,引发人们对电池安全性的担忧。国内外学者如欧阳明高院士、孙金华院士等对电池安全问题进行了深入研究,发现其与电池材料特性直接相关。在滥用条件下,电池材料之间极易发生化学放热反应。当电池的产热速率大于散热速率,内部热量持续累积,导致电池温度不断升高。当电池温度达到阈值时,电池发生热失控,释放出大量的热及气体,进而引发燃烧及爆炸事故。
聚烯烃隔膜易受热发生收缩或熔化,导致电池短路。此外,该隔膜力学强度较低,易被锂枝晶刺穿。采用耐高温聚合物隔膜可提高电池安全性能。然而,该方法并不能实现内部热量的有效传导及疏散。局部热量积聚易导致热点形成,加剧锂枝晶生长,增加电池热失控风险。在隔膜中引入高导热纳米粒子可促进热量传导及疏散。得益于纳米复合增强作用,引入纳米粒子有望提高隔膜力学性能以抑制锂枝晶生长。研究表明,磷系阻燃剂受热裂解产生磷氧自由基以捕获氢或氢氧自由基,从而阻止热失控链式反应进行。通过分子设计策略,合成磷系阻燃剂以制备阻燃隔膜,可提升电池安全性能。中国工程院院士王泽山教授指出,电池本质安全设计是新能源汽车火灾防控的关键策略。因此,开发耐高温、导热、阻燃功能一体化的本质安全隔膜,可有效提升电池安全性能。