元宇宙要火，但可不能“起火”哦！--了解一下村田半固態(tài)凝膠軟包電池

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微軟重金收購(gòu)動(dòng)視暴雪的新聞吧

687億美元

“全現(xiàn)金”收購(gòu)

讓我們?cè)俅胃惺艿搅宋④浀摹昂尽睔?/p>

巨額收購(gòu)的背后，是微軟全力進(jìn)軍元宇宙生態(tài)的強(qiáng)烈愿景，并且將本就在風(fēng)口浪尖上的“元宇宙”推向了更高的境界。

元宇宙的“入口”——VR眼鏡

在先進(jìn)的顯示/音頻/動(dòng)態(tài)感知技術(shù)的加持下，玩家們使用VR產(chǎn)品時(shí)可以更加地沉浸于“元宇宙”世界中，獲得更美妙的游玩體驗(yàn)。

但是這也帶來(lái)了一些問(wèn)題：

當(dāng)玩家的視覺(jué)/聽(tīng)覺(jué)等知覺(jué)都沉浸于虛擬世界時(shí)，毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)大幅降低對(duì)周遭環(huán)境變化的感知和反應(yīng)能力。因此在使用包括VR眼鏡等虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備時(shí)，需要確保使用過(guò)程中的安全性，其中最基礎(chǔ)的是【設(shè)備本身需要提高其安全性】。特別是VR設(shè)備作為頭戴設(shè)備，一旦VR設(shè)備出現(xiàn)危害人體安全的事故，會(huì)直接威脅到人體的重要器官如眼睛和耳朵，甚至有可能影響到腦部。

在各家VR產(chǎn)品廠家的設(shè)計(jì)方案中，大多數(shù)VR眼鏡多是內(nèi)置鋰電池的無(wú)線(xiàn)設(shè)備。而鋰電池恰恰是VR設(shè)備自身安全性的最大短板。

鋰電池是VR設(shè)備自身安全性的最大短板

為什么鋰電池會(huì)自燃起火？

我們?cè)谥袑W(xué)階段的化學(xué)課上有學(xué)過(guò)“燃燒三要素的概念”：

當(dāng)“助燃劑”，“高溫”和“可燃物”這三者齊聚一堂時(shí)，“可燃物”就會(huì)發(fā)生燃燒的現(xiàn)象。

接下來(lái)我們來(lái)看看鋰電池是如何“自帶”這三種要素的：

1. 可燃物
除去電池的外殼（鋼殼或者鋁塑膜），電池內(nèi)部主要有正極材料（涂敷在鋁箔上），負(fù)極材料（涂敷在銅箔上），隔膜和電解液組成。隔膜夾在正極和負(fù)極之間組成三明治結(jié)構(gòu)，再將“三明治”或卷繞或疊層出我們熟悉的圓柱或者方型電池的形狀，最后再將電解液注入其中，即完成了電池的基本組裝。

而其中，電解液的主體部分是有機(jī)溶劑，是可燃物質(zhì)，常用的溶劑有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯脂(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。這些物質(zhì)的燃點(diǎn)普遍較低，碳酸二甲酯(DMC)大約在180度，而碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)的燃點(diǎn)只有100度左右。

2. 高溫
鋰電池的工作過(guò)程可以簡(jiǎn)單理解為鋰離子在正極和負(fù)極材料之間的“反復(fù)橫跳”。

放電的時(shí)候，鋰離子從負(fù)極材料中脫嵌，通過(guò)隔膜的微孔，嵌入正極材料中。充電的時(shí)候則相反，鋰離子從正極材料中脫嵌后再嵌入負(fù)極材料。

但是正負(fù)極材料吸收鋰離子的能力是有極限的，過(guò)大的量或者過(guò)快的速度等，當(dāng)超過(guò)材料的極限吸納能力后（或者低溫等弱化了材料的吸納能力），鋰離子就會(huì)在材料表面大量堆積且自我結(jié)晶化，長(zhǎng)出如樹(shù)枝一般的鋰枝晶。而這種鋰枝晶不斷生長(zhǎng)后會(huì)刺穿隔膜，最終接觸到另一端電極從而造成內(nèi)短路釋放大量熱量，產(chǎn)生高溫。

3. 助燃劑（氧氣）

目前主流的鋰電池正極材料里，絕大多數(shù)都是金屬氧化物材料，例如三元鎳鈷錳LiNixCoyMn1-x-yO2或鈷酸鋰LiCoO2。其優(yōu)點(diǎn)是可以吸納更多鋰離子，釋放更多電能，但缺點(diǎn)是不耐高溫。高溫下這些正極材料會(huì)分解，氧原子會(huì)從原先的化學(xué)結(jié)構(gòu)后脫出，之后在電池密閉的空間內(nèi)結(jié)合生成氧氣，即析氧。

所以你看，鋰電池幾乎是自帶燃燒三要素。

首先是電池過(guò)度使用或者材料衰減后，材料表面開(kāi)始形成鋰枝晶。鋰枝晶生長(zhǎng)到刺穿隔膜后導(dǎo)致正負(fù)極內(nèi)短路，產(chǎn)生高溫。高溫下正極材料開(kāi)始析出氧氣。這樣“短路造成的高溫”+“正極產(chǎn)生的氧氣”+“低燃點(diǎn)的電解液有機(jī)溶劑”=鋰電池自燃。

我們?cè)購(gòu)淖匀嫉慕Y(jié)果去倒推自燃發(fā)生的原因：

1. 自燃的發(fā)生需要集齊燃燒三要素。

2. 三要素中，氧氣也是由高溫引發(fā)的。

3. 高溫的主要來(lái)源是電池內(nèi)短路。

4. 內(nèi)短路的主要來(lái)源是鋰枝晶。

所以，如果我們可以有效地抑制鋰枝晶的話(huà)，就可以從根源上避免鋰電池自燃。

找到鋰電池的安全病根，對(duì)癥下藥！
——村田電池的半固體凝膠電解質(zhì)技術(shù)

鋰枝晶之所以可以生長(zhǎng)并刺穿隔膜，主要問(wèn)題還是在于電解液是“液體“，鋰枝晶可以在”柔軟“的液體環(huán)境中自由生長(zhǎng)。

那么如果不用液體呢？村田電池的工程師們從這個(gè)視角，開(kāi)發(fā)出了基于半固體凝膠電解質(zhì)的凝膠鋰電池。

半固體的凝膠電解質(zhì)為鋰電池帶了多項(xiàng)好處：

1. 鋰離子在半固體凝膠電解質(zhì)環(huán)境中，很難有效地形成樹(shù)杈狀鋰枝晶。

2. 村田電池的半固體凝膠電解質(zhì)本身具有較強(qiáng)的緩震能力，可以吸收電池在使用過(guò)程中受到的震動(dòng)。并且半固體也賦予了凝膠電解質(zhì)較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，當(dāng)電池受到外力沖擊時(shí)，可以有效保護(hù)電池內(nèi)部的電極/隔膜的三明治結(jié)構(gòu)，提高電池的耐用性和抗沖擊能力。例如常見(jiàn)的手機(jī)跌落問(wèn)題，村田凝膠軟包電池可以承受上百次的手機(jī)跌落測(cè)試，是傳統(tǒng)液系軟包的數(shù)倍。（僅供參考）

3. 鋰電池的電解液漏液?jiǎn)栴}是個(gè)老大難問(wèn)題了。而村田電池的半固態(tài)凝膠電解質(zhì)的半固態(tài)特質(zhì)使得這個(gè)電解液?jiǎn)栴}也解決了。

4. 村田電池的半固態(tài)凝膠電解質(zhì)的燃點(diǎn)也比傳統(tǒng)液系電解液要高，當(dāng)電池被外部的尖銳物刺穿而引發(fā)短路高溫時(shí)，高燃點(diǎn)的半固態(tài)電解質(zhì)也較難被引燃，有效降低了起火風(fēng)險(xiǎn)。

目前村田凝膠軟包電池已經(jīng)應(yīng)用在主流品牌的游戲外設(shè)及VR設(shè)備中，讓廣大玩家可以更安心更放心地暢游于游戲世界和元宇宙中。村田電池也會(huì)繼續(xù)為社會(huì)提供更高效更安全的電池解決方案。

村田電池產(chǎn)品陣容及應(yīng)用

村田電池還有其他多種高品質(zhì)高性能的產(chǎn)品可供客戶(hù)選擇，如果您也對(duì)村田電池感興趣，您可以聯(lián)系我們，或者聯(lián)系您所在區(qū)域的村田銷(xiāo)售，歡迎前來(lái)咨詢(xún)洽談~！

文章來(lái)源： Murata村田中國(guó)

審核編輯 黃宇