AmionxTM SafeCoreTM电池安全技术浅析

前段时间国内媒体纷纷报道总部位于美国加利福利亚的Amionx公司正在推广其SafeCore安全锂离子电池技术，该公司声称其采用了“廉价且广泛可用的”材料来防止热失控。作为电池安全设计开发相关从业人员，媒体报道吸引了我，于是特意去了解下Aminox公司及其技术。希望能抛砖引玉，听听江湖高手的见解。

一．Aminox公司

Aminox公司网站的自我介绍如下：“Amionxis a spinout from American Lithium Energy (ALE) which was originally founded in2006 by Dr. Jiang Fan and Dr. Robert Spotnitz - both widely recognized asforemost experts in battery technology. ALE has been designing, manufacturingand supplying batteries to the Department of Defense for more than ten years,and their batteries are designed for use in the most demanding military andcommercial applications where energy, power and safety are critical.”

Aminox成立于2017年中旬， 2017年国外媒体就有相关报道。公司的技术来自成立于2006年的AmericanLithium Energy (ALE)公司，最的技术人员是Dr. Jiang Fan，且Dr.Jiang Fan同时也是ALE的创始人之一。但从ALE上并没有找到相关产品的详细介绍和图片，只介绍在开发下一代电池、聚合物混合电池和用于军事领域的高功率电池。

Aminox企业网站上对Dr.Jiang Fan有详细介绍。Fan1988年从浙江大学毕业，随后在亚利桑那州立大学(ArizonaState University)获得化学博士学位，拥有15项，目前是Aminox公司的技术官。在加入ALE和Aminox之前，曾先后在PolystorCorporation和金山工业(GoldPeak Industries)工作多年。

以ALE公司进行论文检索，Fan的论文发表有三次，都是出现在以YuQiao为通讯作者的论文作者序列中。其中YuQiao是加利福尼亚大学圣迭戈分校(Universityof California San Diego)的华人教授,在锂离子电池安全领域发表了很多论文,在电池安全学术研究领域有很高的度。

二．Aminox电池安全技术及性能

图1.SafeCore活性涂层示意图

根据产品介绍资料，AmionxTMSafeCoreTM电池安全技术的是在集流体上涂覆一层活性物质。当温度、电压或电流达到一定程度时该活性涂层发挥作用，使得电池内阻增大好几个数量级、电池能量缓慢释放，从而确保电池不会发生热失控。更重要的是，SafeCore活性涂层所使用的材料成本低廉、丰富，易于使用。注：相比于正常设计的电池，未告知正常条件下有SafeCore活性涂层电池的内阻增大多少。SafeCore活性涂层的作用阈值可以进行设计，如电池热失控温度为150℃，SafeCore活性涂层温度可以设计为100℃，从而防止热失控现象的发生。

图2.SafeCore活性涂层电池特性：(a)循环结果；(b)倍率特性；(c)发生过充前电池阻抗谱图；(d)发生过充电池阻抗谱图

    如图所示，SafeCore活性涂层电池循环800周容量保持率在80%以上，虽然相比普通电池初始容量有1%-3%的降低，但SafeCore活性涂层电池循环特性更好，且倍率性能出色。SafeCore活性涂层电池在防止电池过充失效上有出色发挥，过充前电池内阻约6m？，一旦发生过充电池内阻突增1000倍至6？。对于对倍率有高要求的电池，还可以根据需要对SafeCore活性涂层进行优化设计进一步降低电池内阻。

图3.普通电池和SafeCore活性涂层电池过充测试(a)和针刺模拟内短路测试(b)对比。

如图3a所示，普通电池过充发生失效，而SafeCore活性涂层电池温度仅接近100℃，随后温度不断降低，最终通过过充测试。图3b所示的针刺模拟内短路结果与过充测试结果类似，普通电池内短路失效，而SafeCore活性涂层电池温度徘徊在100℃左右，最终通过内短路测试。并且如上所述，可以根据需要对SafeCore活性涂层进行设计，使其具有不同的温度特性，图3b中就有两种SafeCore活性涂层设计。

三．SafeCore活性涂层是什么？纯属瞎猜哈，别信！

既然性能如此优异，那SafeCore活性涂层究竟是什么物质呢？这既是Aminox公司的看家法宝，也是很多人好奇感兴趣的。当然声明在先，本人也不知道，以下纯属猜测。

检索是件很头疼的事，如上是检索到的Fan在2009年申请的一片，感兴趣的朋友可以去仔细看看。讲的内容是在正极活性材料表面包覆一层聚酰亚胺(polyimide)或聚酰胺酰亚胺(polyamideimide)。聚酰亚胺和聚酰胺酰亚胺的性质有相似之处，重点介绍下聚酰亚胺。根据维基百科的介绍，聚酰亚胺是一种特种工程材料，1961年由杜邦公司首次推出。聚酰亚胺家族庞大，根据重复单元的化学结构，可以分为脂肪族、半芳香族和芳香族聚酰亚胺三种；根据热性质，可分为热塑性和热固性聚酰亚胺。其中热固性聚酰亚胺具有优异的热稳定性、耐化学腐蚀性和机械性能，使用温度范围覆盖较广，从零下一百余度到两三百度。更为重要的是，聚酰亚胺化学性质稳定，不需要加入阻燃剂就可以阻止燃烧。同时，一般的聚酰亚胺都抗化学溶剂如烃类、酯类、醚类、醇类和氟氯烷等。