Vysoká bezpečnosť niklových lítiových batérií sa stala konsenzom, ale polovodičové lítiové batérie sú teraz rozdelené
Trh s elektrickými vozidlami, ktorý rešpektuje energetickú hustotu, priniesol obrovské výzvy pre bezpečnosť batérií a kompletných vozidiel. V roku 2018 bolo v Číne 52 bezpečnostných nehôd na milión elektrických vozidiel. Pokiaľ ide o scény, nabíjanie, jazda a parkovanie sú všetky scény, kde dochádza k bezpečnostným nehodám.
Ak sa analyzujú dôvody, 58% požiarov je spôsobených tepelným únikom lítiových batérií. Takmer 90 % úniku tepla je spôsobených skratmi. Na úrovni článku sú kladné a záporné materiály, elektrolyt a membrána priamou poistkou pre tepelný únik. Po zoskupení, ako potlačiť tepelnú difúziu v konštrukčnom návrhu, chladení a elektrickom riadení, súvisí s tým, či možno znížiť alebo potlačiť riziko úniku tepla.
Od 16. do 17. októbra 2019 sa v Šanghaji konala čínsko-japonsko-kórejská konferencia o technológii batérií novej generácie pre vozidlá novej generácie. Konferencia je rozdelená do dvoch fór, témami sú tepelná bezpečnosť a riešenia batérií a kľúčové technológie polovodičových batérií a výzvy industrializácie.
Fórum 1, výrobcovia pôvodných zariadení, spoločnosti vyrábajúce batérie, známe univerzity, laboratóriá a testovacie inštitúcie budú diskutovať o príčinách a riešeniach tepelného úniku vysokoniklových batérií, pretože špecifická energetická úroveň napájacích batérií sa neustále zvyšuje. Fórum 2 je o analýze rôznych trás technológie polovodičových batérií a status quo.
Systém na kontrolu tepelnej bezpečnosti
Celý životný cyklus napájacej batérie začína od výberu materiálového systému, cez kompletizáciu batériového článku, lisovanie modulov a PACKov, správu batérie po inštalácii a aplikácii až po použitie v prevádzke vozidla.
Hlavnou príčinou tepelného úniku je článok batérie. Kladné a záporné elektródy sú"poistka" a elektrolytom je"zásobník paliva". Potrebuje iba"spark" spôsobiť tepelný únik alebo požiar.
& quot;Sparks" buď pochádzajú z vnútra bunky alebo vznikajú zvonku. Vnútorné faktory sa vzťahujú najmä na nestabilné faktory vznikajúce počas návrhu a výroby batérie; vonkajšie faktory sa týkajú najmä príčin spôsobených personálom a vonkajšími podmienkami počas prepravy, inštalácie, prevádzky a údržby batérie.
Porucha tepelnej bezpečnosti batérie je spôsobená najmä lokálnym prehriatím, ktoré spôsobí skrat vo vnútri batérie, alebo mikroskrat spôsobí poškodenie membrány batérie a väčší plošný skrat.
Lítium-iónové batérie boli inovované z NCM111 a NCM523 na NCM622 a NCM811. Obsah niklu v trojčlennom materiáli kladnej elektródy sa naďalej zvyšuje, teplota uvoľňovania kyslíka naďalej klesá a tepelná stabilita materiálu kladnej elektródy sa stále zhoršuje. Zníženie teploty uvoľňovania kyslíka znamená, že lítiová batéria je odolnejšia voči teplu. Ako sa teplota zvyšuje, materiál kladnej elektródy sa mení z vrstvenej štruktúry na spinelovú štruktúru a potom vytvára kamennú soľ a uvoľňuje aktívny kyslík. Rast kamennej soli a uvoľňovanie kyslíka sú základné problémy spôsobené tepelným únikom.
Elektrochemické zneužívanie je najväčším problémom továrne na batérie. V podmienkach zlého zaobchádzania, ako je tepelný šok, prebitie a nadmerné vybitie, aktívny materiál a elektrolyt vo vnútri batérie vytvoria lítiové dendrity, ktoré prepichnú membránu a spôsobia vnútorný skrat. Vývoj lítia v zápornej elektróde je hlavnou príčinou rastu dendritov lítia. Preto je dôležitou otázkou, ako zabrániť lítiovým dendritom.
Skrat kladných a záporných elektród spôsobený poruchou membrány je dôležitou súčasťou tepelného úniku. Keď sa bezpečnostný film filmu SEI zničí, elektrolyt reaguje s elektródou a vytvára teplo, ktoré roztaví membránu. Navyše nepriateľom, ktorý čelí membráne, sú dendrity lítia, čo ohrozuje jej integritu a stabilitu.
Okrem zlyhania batérie spôsobeného vnútorným skratom, prebitím, starnutím batérie atď. sa mechanické zlyhanie za extrémnych podmienok, ako je vonkajší skrat, vytlačenie, požiar, ponorenie a simulovaná kolízia, premení na vnútorný skrat a spôsobí elektrický skrat. porucha, ktorá nakoniec povedie k tepelnému úniku.
Niektoré zlyhania a zníženia výkonu, ktoré sa môžu vyskytnúť počas celého životného cyklu batérie' spôsobia, že batérie sa budú používať mimo rozsahu bezpečného používania a spôsobia určité bezpečnostné nehody.
Továreň na batérie a OEM spolupracujú
Vnútorné a vonkajšie príčiny tepelného úniku si vyžadujú spoluprácu výrobcov batérií a OEM pri poskytovaní celkového riešenia vrátane pozitívnych a negatívnych materiálov, separátorov, elektrolytu, správy batérií a konštrukcie PACK.
Pre továrne na batérie hľadajte vysokotlakové a vysokoteplotné nehorľavé elektrolyty, vysokoteplotne odolné monokryštálové katódové materiály, anódové materiály, ktoré inhibujú lítne dendrity, alebo použite NMC811 katódy potiahnuté safenermi na zlepšenie suchosti. Aplikácia francúzskej membrány zavádza keramickú membránu na potlačenie tepelného úniku na úrovni buniek.
Výrobcom OEM ani zďaleka nestačí venovať pozornosť bezpečnosti samotnej batérie. Okrem problémov so samotnou batériou je jadrom bezpečnosti elektrických vozidiel elektrické pripojenie batérie, mechanická bezpečnosť, pripojenie nabíjania, problémy s každodenným používaním a rýchle riešenie problémov.
Bezpečnostný systém ochrany napájacej batérie OEM' je navrhnutý a overený zo štyroch hľadísk: monomér, modul, BMS a systém. Na jednej strane samotní výrobcovia batérií zabezpečujú bezpečnosť z konštrukčných a výrobných väzieb. Na druhej strane výrobcovia OEM berú do úvahy mechanickú, elektrickú a tepelnú bezpečnosť z hľadiska bezpečnosti modulov, ako je bezpečnostná vzdialenosť, návrh sily a ochrana.
Pokiaľ ide o štruktúru montáže, výrobcovia pôvodných zariadení musia zvážiť rôzne prevádzkové podmienky vozidla, ako aj chladiace potrubia, nové technológie chladenia, včasné varovanie pred tepelným únikom a nešírenie. Zároveň musia zvážiť aktívne hasenie a spôsob hasenia požiarov cez vonkajšie konštrukcie.
Výrobcovia OEM vo všeobecnosti premýšľajú o tom, ako zlepšiť dizajn bezpečnosti batérie na úrovni systému. Či už ide o materiály pozitívnych a negatívnych elektród, elektrolyty, membrány, konštrukčný dizajn, chladenie, tepelné riadenie a preventívne varovania PACKu po skupine, to všetko sú predmety analýzy OEM.
Bezpečnosť lítiových batérií je veľká téma, ktorá zahŕňa všetky aspekty od materiálov, výroby až po aplikácie. Zaistenie tepelnej bezpečnosti elektrických vozidiel si vyžaduje spoluprácu výrobcov OEM, tovární na batérie a testovacích inštitúcií s cieľom analyzovať mechanizmus tepelného úniku a preskúmať nové technológie na oddialenie výskytu tepelného úniku.
Rôzne zvuky polovodičových batérií
Dopredný pohyb elektrických vozidiel naznačuje, že špecifický energetický štandard napájacích batérií nepôjde dozadu. Aplikácia vysokopotenciálnych pozitívnych a negatívnych materiálov sa stala trendom a NCM811 a kremíkové uhlíkové anódy sa čoraz viac objavujú v technických cestách tovární na batérie. Ale riziko požiaru stále ohrozuje použitie batérií s vysokým obsahom niklu. Preto výrobcovia batérií a OEM obrátili svoju pozornosť na pevné elektrolyty spomaľujúce horenie, odolné voči vysokému tlaku v nádeji, že vyriešia problém rovnováhy medzi špecifickou energiou a bezpečnosťou.
Na tejto čínsko-japonsko-kórejskej konferencii sú však názory čínskych a japonských hostí na výskum a aplikáciu polovodičových batérií veľmi odlišné, čo spochybňuje inherentné názory priemyslu' na polovodičové batérie. . V porovnaní so spoločným úsilím lokality s bezpečnostným riešením s vysokým obsahom niklu sa lokalita s polovodičovými batériami posúva vpred v rozdieloch.
Japonský 30-ročný odborník na polovodičové batérie Dr. Tadahiko Kubota, bývalý japonský odborník na jadro batérií Toyota a Honda Ogi Eiki, komentuje súčasný stav výskumu polovodičových batérií ako"pesimistický" ;. Je dosť ťažké, aby sa polovodičové batérie aplikovali na elektrické vozidlá. Na druhej strane, domáce továrne na batérie, ako sú Qingtao, Weilan, Huineng, Guoxuan Hi-Tech, Čínska akadémia vied, Univerzita Tongji a Univerzita Shanghai Jiaotong, všetky neúnavne pracujú na pevných batériách.
Názory japonských odborníkov možno zhrnúť takto: Toyota Sulfide je stále v štádiu výskumu a vývoja a masová výroba je pri súčasnej úrovni techniky nemožná. Jej pôvodným zámerom vývoja polovodičových batérií bolo zredukovať batérie pre hybridné vozidlá. Vonkajší svet sa mylne domnieva, že v elektrických vozidlách sa používajú polovodičové batérie. Toto je rozdiel medzi interným myslením Toyoty' a vonkajšou verejnou mienkou.
Pokiaľ ide o bezpečnosť, polovodičové batérie môžu tiež produkovať lítiové dendrity a bezpečnosť je veľmi znepokojujúca. A posudzovať jeho bezpečnosť nemožno podľa toho, či je elektrolyt horľavý. Najdôležitejším problémom je priamy kontakt medzi kladnou elektródou a zápornou elektródou s vysokou hustotou energie.
Celopevné batérie môžu zvýšiť hustotu energie, jedným z dôvodov je zníženie vonkajších materiálov. Nie je to však len charakteristická vlastnosť celopevných batérií.
Pokiaľ ide o rýchle nabíjanie, papier Toyoty' a väčšina výskumníkov nepotvrdili žiadny dôkaz, že všetky polovodičové batérie možno rýchlo nabíjať. Všetci povedali, že lítium dendrity sa tvoria počas nabíjania. Čím viac ľudí rozumie polovodičovým batériám, tým viac popierajú, že sa dajú rýchlo nabiť.
Väčšina patentov Toyota' za posledné desaťročie súvisí s impedanciou. Tento problém skúma už pred desiatimi rokmi a stále je to veľký problém.
Pohľady na domáce továrne na batérie: Šírenie skutočných požiarov priamo súvisí s organickými tekutými elektrolytmi. Pevné elektrolyty od polymérov po keramické elektrolyty môžu v rôznej miere zlepšiť bezpečnosť batérie. Pokiaľ ide o bezpečnosť a hustotu energie, polovodičové batérie boli v porovnaní s bežnými tradičnými lítium-iónovými batériami v minulosti vylepšené. Predpokladom je, že musíme mať dobrú technológiu na vyriešenie problému rozhrania a zabezpečiť, aby sa pevný elektrolyt mohol prispôsobiť konštrukcii batérie a spĺňať požiadavky na batérie s vysokým pomerom energie.
Sme presvedčení, že polovodičové batérie majú v niektorých aspektoch výhody. Keď sa membrána a elektrolyt nahradí pevnými látkami, bude mať vyššiu bezpečnosť. Keď sa zvýši bezpečnostný prah celého systému, tento systém môže používať vysokopotenciálne kladné a záporné materiály, ako sú lítiové kovové záporné elektródy, a v budúcnosti bude mať vyššiu hustotu energie.
Súčasným myslením je byť čo najviac kompatibilný s existujúcim vybavením lítiových batérií a technológiou lítiových batérií a čo najviac znížiť náklady. Pretože polovodičové batérie majú vysokú hustotu energie a vysokú bezpečnosť, môžu sa v niektorých špeciálnych situáciách použiť ako prvé.
Výhoda hustoty energie polovodičových batérií nie je relatívne zrejmá na úrovni buniek a je výraznejšia na úrovni PACK. Do roku 2021 budú polovodičové batérie používať aktívne materiály s vyššou mierou využitia a hustota energie na úrovni článkov bude rovnaká ako hustota tekutých batérií a potom ju postupne prekoná.
Hoci domáci a zahraniční odborníci vedú spory o hustote energie a bezpečnosti polovodičových batérií, v zásade sa domnievajú, že komerčná aplikácia polovodičových batérií je dlhý proces na vyriešenie niektorých nedostatkov tekutých batérií. Preto je možné najprv dovážať polovodičové batérie z oblasti motocyklov a spotrebnej elektroniky a potom vstúpiť do oblasti elektrických vozidiel, keď budú zrelé tri dimenzie bezpečnosti, výkonu a ceny.
