隨著鋰離子電池在全球市場的普及，每年有數(shù)十億只鋰離子電池被生產(chǎn)出來，并進入到消費者手中。鋰離子電池在為我們生活帶來巨大的便利的同時，也隱藏著眾多的安全隱患等問題。近年來，隨著智能化浪潮的發(fā)展，越來越多的設(shè)備都朝著的智能化方向的發(fā)展，例如電視、音箱、汽車等等，它們能夠根據(jù)環(huán)境、用戶使用習(xí)慣等方面，不斷的提高自己，實現(xiàn)自我進化，改善用戶的使用體驗。

對于鋰離子電池而言，在使用過程中可能會面臨不同的使用環(huán)境的考驗，有些使用場景可能會對鋰離子電池形成較大的挑戰(zhàn)。我們希望鋰離子電池能夠更加智能一些，能夠根據(jù)使用環(huán)境及時對鋰離子電池使用策略進行調(diào)整，一方面保證鋰離子電池的安全性，一方面也能保證鋰離子電池性能和使用壽命。

智能自我保護

鋰離子電池的自我保護是鋰離子電池的最基本的功能，目前鋰離子電池組的BMS系統(tǒng)基本上都能夠?qū)崿F(xiàn)溫度保護、電流保護等功能，但是這都是在系統(tǒng)層級上的保護，而對于鋰離子電池的智能化設(shè)計可以實現(xiàn)鋰離子電池層面的自我保護，例如在電池內(nèi)增加額外的感應(yīng)電極、增加溫度反饋智能材料，通過在鋰離子電池內(nèi)增加一些智能結(jié)構(gòu)和材料，從而實現(xiàn)鋰離子電池智能化設(shè)計。

1.1、防內(nèi)短路設(shè)計

內(nèi)短路是影響鋰離子電池安全性的嚴重問題，由于鋰枝晶、多余物等導(dǎo)致的鋰離子電池內(nèi)短路，往往會引起嚴重的安全問題。

為了解決鋰枝晶生長導(dǎo)致的內(nèi)短路事故，人們設(shè)計了多種方法監(jiān)控鋰離子電池內(nèi)部鋰枝晶的生長。例如Wu等人設(shè)計的多功能隔膜，這種隔膜在傳統(tǒng)的聚合物隔膜中間還加入了一層金屬，這層金屬充當(dāng)了鋰枝晶探測器的功能，通過監(jiān)測這層金屬與負極之間的電壓差，就可以實現(xiàn)對鋰枝晶的監(jiān)控，使得該隔膜即保留了傳統(tǒng)隔膜的功能，也實現(xiàn)對鋰枝晶的監(jiān)控。斯坦福大學(xué)的Kai Liu三層復(fù)合多功能隔膜，改隔膜的特點是隔膜的中間層加入了SiO2，當(dāng)鋰枝晶生長到一定程度時，穿刺隔膜時，SiO2會與金屬鋰發(fā)生反應(yīng)，消耗鋰枝晶，從而避免鋰枝晶的進一步生長【1】。

1.2、智能防止鋰離子電池過熱

鋰離子電池如果發(fā)生過熱（如外部加熱、短路過程自放熱等）會引起隔膜收縮，引起正負極短路，進而導(dǎo)致熱失控發(fā)生。傳統(tǒng)的PP-PE-PP復(fù)合隔膜在較低的溫度下，能夠?qū)崿F(xiàn)自動閉孔功能，從而切斷正負極的反應(yīng)，達到抑制電池過熱的效果，但是如果溫度過高，PP層也發(fā)生收縮時，這種三層復(fù)合隔膜也就失效了。

為了解決鋰離子電池在過熱情況下的安全性問題，Yim等人設(shè)計一款能夠保護鋰離子電池過熱情況下安全的電解液添加材料。我們都知道一般的電解液阻燃劑都會對鋰離子電池的性能造成嚴重影響，因此難以在實際中的應(yīng)用。而Yim等降阻燃劑裝入了獨立的小膠囊之中，這些膠囊的外壁材料在電解液中非常穩(wěn)定，因此正常狀況下不會對鋰離子電池性能產(chǎn)生影響。當(dāng)溫度超過70攝氏度時，在阻燃劑DMTP的蒸汽壓的作用下，引起外殼的破裂，將阻燃劑釋放到電解液之中，導(dǎo)致電解液的電導(dǎo)率急劇下降，阻止電池內(nèi)進一步發(fā)生反應(yīng)。

上述的方法對鋰離子電池的保護是一次性的，即一旦保護機制啟動，則意味著整個電池失效。為了解決上述問題，Yang等人設(shè)計了一種能夠多次啟動的保護措施，該方法的特點是采用能夠在溫度的影響下，進行可逆的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變的智能電解液。該款電解液主要由PNIPAM/AM構(gòu)成，當(dāng)溫度超過轉(zhuǎn)變溫度時，PNIPAM會由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉裕瑥亩鴺O大的抑制離子在其中的擴散。重要的是，在溫度降低時該反應(yīng)完全可逆，因此可以實現(xiàn)對電池的多次保護，該技術(shù)可以應(yīng)用水系超級電容器上，保護電容器的安全。