Bezpieczeństwo baterii litowo-niklowych stało się konsensusem, ale baterie litowe półprzewodnikowe są teraz podzielone
Rynek pojazdów elektrycznych, który szanuje gęstość energii, przyniósł ogromne wyzwania w zakresie bezpieczeństwa zestawów akumulatorów i kompletnych pojazdów. W 2018 r. w Chinach doszło do 52 wypadków związanych z bezpieczeństwem na milion pojazdów elektrycznych. Jeśli chodzi o sceny, ładowanie, jazda i parkowanie to sceny, w których dochodzi do wypadków bezpieczeństwa.
Jeśli przeanalizować przyczyny, 58% wypadków pożarowych jest spowodowanych niekontrolowaną temperaturą baterii litowych. Prawie 90% niekontrolowanej temperatury spowodowane jest zwarciami. Na poziomie ogniwa, materiały dodatnie i ujemne, elektrolit i diafragma są bezpośrednim bezpiecznikiem dla utraty ciepła. Po pogrupowaniu, jak powstrzymać dyfuzję termiczną w projektowaniu konstrukcji, chłodzeniu i sterowaniu elektrycznym jest związane z tym, czy ryzyko niestabilności termicznej można zmniejszyć lub zdusić.
W dniach 16-17 października 2019 r. w Szanghaju odbyła się konferencja nowej generacji nowej generacji akumulatorów pojazdów energetycznych w Chinach, Japonii i Korei. Konferencja podzielona jest na dwa fora, których tematy to bezpieczeństwo termiczne akumulatorów i rozwiązania oraz kluczowe technologie akumulatorów półprzewodnikowych i wyzwania związane z industrializacją.
Forum 1, producenci OEM, firmy zajmujące się bateriami energetycznymi, znane uniwersytety, laboratoria i instytucje testujące będą dyskutować o przyczynach i rozwiązaniach niestabilności termicznej akumulatorów o wysokiej zawartości niklu, ponieważ specyficzny poziom energii akumulatorów stale rośnie. Forum 2 dotyczy analizy różnych szlaków technologii akumulatorów półprzewodnikowych i status quo.
System, aby zobaczyć bezpieczeństwo termiczne
Pełen cykl życia akumulatora zasilającego rozpoczyna się od wyboru systemu materiałowego, poprzez kompletację ogniwa akumulatora, formowanie modułów i PAKIETÓW, zarządzanie akumulatorem po instalacji i zastosowaniu, aż do użytkowania w eksploatacji pojazdu.
Podstawową przyczyną niestabilności termicznej jest ogniwo akumulatora. Elektrody dodatnie i ujemne to"bezpiecznik" a elektrolitem jest" magazynowanie paliwa". Potrzebuje tylko"iskry" spowodować ucieczkę termiczną lub pożar.
& quot;Iskry" albo pochodzą z wnętrza komórki, albo powstają z zewnątrz. Czynniki wewnętrzne odnoszą się głównie do niestabilnych czynników generowanych podczas projektowania i produkcji baterii; Czynniki zewnętrzne odnoszą się głównie do przyczyn spowodowanych przez personel i warunki zewnętrzne podczas transportu, instalacji, obsługi i konserwacji akumulatora.
Awaria bezpieczeństwa termicznego akumulatora jest spowodowana głównie przez miejscowe przegrzanie, które powoduje zwarcie wewnątrz akumulatora lub mikrozwarcie powoduje uszkodzenie membrany akumulatora i zwarcie na większej powierzchni.
Baterie litowo-jonowe zostały zmodernizowane z NCM111 i NCM523 do NCM622 i NCM811. Zawartość niklu w trójskładnikowym materiale elektrody dodatniej stale wzrasta, temperatura uwalniania tlenu nadal spada, a stabilność termiczna materiału elektrody dodatniej jest coraz gorsza. Spadek temperatury uwalniania tlenu oznacza, że bateria litowa jest bardziej odporna na ciepło. Wraz ze wzrostem temperatury materiał elektrody dodatniej zmienia się ze struktury warstwowej na strukturę spinelową, a następnie tworzy sól kamienną i uwalnia aktywny tlen. Wzrost soli kamiennej i uwalnianie tlenu to podstawowe problemy spowodowane niestabilnością cieplną.
Nadużycia elektrochemiczne są największym problemem w fabrykach ogniw baterii. W warunkach nadużyć, takich jak szok termiczny, przeładowanie i nadmierne rozładowanie, materiał aktywny i elektrolit wewnątrz akumulatora będą wytwarzać dendryty litu, które przebijają membranę i powodują wewnętrzne zwarcie. Ewolucja litu w elektrodzie ujemnej jest główną przyczyną wzrostu dendrytów litu. Dlatego ważne jest, jak zapobiegać dendrytom litu.
Zwarcie elektrod dodatnich i ujemnych spowodowane awarią membrany jest ważną częścią niekontrolowanej temperatury. Gdy folia zabezpieczająca folii SEI zostanie zniszczona, elektrolit reaguje z elektrodą, wytwarzając ciepło, które stopi membranę. Ponadto wrogiem zwróconym do przepony są dendryty litu, zagrażające jej integralności i stabilności.
Oprócz awarii akumulatora spowodowanej zwarciem wewnętrznym, przeładowaniem, starzeniem się akumulatora itp., awaria mechaniczna w ekstremalnych warunkach, takich jak zewnętrzne zwarcie, wyciskanie, ogień, zanurzenie i symulowana kolizja, zostanie również przekształcona w wewnętrzne zwarcie i spowoduje elektryczne awaria, która ostatecznie doprowadzi do ucieczki termicznej .
Niektóre awarie i pogorszenie wydajności, które mogą wystąpić podczas pełnego cyklu życia akumulatora' spowodują, że akumulatory będą używane poza bezpiecznym zakresem użytkowania i spowodują pewne wypadki związane z bezpieczeństwem.
Fabryka baterii i OEM współpracują ze sobą!
Wewnętrzne i zewnętrzne przyczyny niestabilności termicznej wymagają współpracy producentów akumulatorów i producentów OEM w celu zapewnienia całościowego rozwiązania, w tym materiałów dodatnich i ujemnych, separatorów, elektrolitu, zarządzania akumulatorami i projektu struktury PACK.
W fabrykach akumulatorów należy szukać elektrolitów ognioodpornych odpornych na wysokie ciśnienie i wysokie temperatury, odpornych na wysokie temperatury materiałów katod monokryształowych, materiałów anodowych, które hamują dendryty litu, lub zastosować katody NMC811 pokryte środkami zabezpieczającymi w celu poprawy suchości. Zastosowanie membrany francuskiej wprowadza membranę ceramiczną, która tłumi niestabilność cieplną na poziomie ogniwa.
Dla producentów OEM zwracanie uwagi na bezpieczeństwo samego akumulatora jest dalece niewystarczające. Oprócz problemów z samym akumulatorem, połączenie elektryczne akumulatora, bezpieczeństwo mechaniczne, połączenie ładowania, problemy z codziennym użytkowaniem i szybkie rozwiązywanie problemów są podstawą bezpieczeństwa pojazdu elektrycznego.
System ochrony akumulatora OEM' został zaprojektowany i zweryfikowany w czterech aspektach: monomer, moduł, BMS i system. Z jednej strony sami producenci akumulatorów zapewniają bezpieczeństwo na etapie projektowania i produkcji. Z drugiej strony, producenci OEM rozważają bezpieczeństwo mechaniczne, elektryczne i termiczne z perspektywy bezpieczeństwa modułu, takiego jak odstęp bezpieczeństwa, projektowanie sił i ochrona.
Jeśli chodzi o strukturę montażu, producenci OEM muszą wziąć pod uwagę różne warunki eksploatacji pojazdu, a także rurociągi chłodzące, nowe technologie chłodzenia, wczesne ostrzeganie o niestabilności termicznej i nieproliferacji. Jednocześnie muszą rozważyć aktywne gaszenie pożarów i sposoby gaszenia pożarów przez konstrukcje zewnętrzne.
Producenci OEM na ogół myślą o tym, jak poprawić projekt bezpieczeństwa zestawu akumulatorów z poziomu systemu. Niezależnie od tego, czy chodzi o materiały elektrod dodatnich i ujemnych, elektrolity, membrany, projekt strukturalny, chłodzenie, zarządzanie temperaturą i ostrzeżenia ostrzegawcze PACK po grupie, wszystkie są przedmiotem analizy OEM.
Bezpieczeństwo baterii litowych to duży temat, który obejmuje wszystkie aspekty, od materiałów, przez produkcję, po zastosowania. Zapewnienie bezpieczeństwa termicznego pojazdów elektrycznych wymaga współpracy producentów OEM, fabryk akumulatorów i instytucji testujących w celu przeanalizowania mechanizmu niekontrolowanej temperatury i zbadania nowych technologii, które opóźnią wystąpienie niekontrolowanej temperatury.
Różne dźwięki baterii półprzewodnikowych
Ruch pojazdów elektrycznych do przodu wskazuje, że określony standard energetyczny akumulatorów nie będzie się cofał. Stosowanie materiałów o wysokim potencjale dodatnim i ujemnym stało się trendem, a NCM811 i anody krzemowo-węglowe coraz częściej pojawiają się na drogach technicznych fabryk akumulatorów. Jednak ryzyko pożaru nadal zagraża stosowaniu baterii o wysokiej zawartości niklu. Dlatego producenci akumulatorów i OEM zwrócili uwagę na trudnopalne, odporne na wysokie ciśnienie elektrolity półprzewodnikowe, mając nadzieję na rozwiązanie problemu równowagi między określoną energią a bezpieczeństwem.
Jednak na tej konferencji chińsko-japońsko-koreańskiej poglądy chińskich i japońskich gości na temat badań i zastosowań baterii półprzewodnikowych są bardzo różne, co rzuca wyzwanie nieodłącznym poglądom branży' na temat baterii półprzewodnikowych. . W porównaniu ze wspólnymi wysiłkami strony zajmującej się rozwiązaniami o wysokiej zawartości niklu, zakład zajmujący się bateriami półprzewodnikowymi posuwa się naprzód w różnicach.
30-letni japoński ekspert ds. akumulatorów półprzewodnikowych, dr Tadahiko Kubota, były japoński ekspert ds. rdzeni baterii Toyoty i Hondy, Ogi Eiki, komentarze na temat obecnego stanu badań nad akumulatorami półprzewodnikowymi można opisać jako &, pesymistyczne &, ;. Stosowanie akumulatorów półprzewodnikowych w pojazdach elektrycznych jest dość trudne. Z drugiej strony, krajowe fabryki akumulatorów, takie jak Qingtao, Weilan, Huineng, Guoxuan Hi-Tech, Chińska Akademia Nauk, Uniwersytet Tongji i Uniwersytet Jiaotong w Szanghaju, niestrudzenie pracują na bateriach półprzewodnikowych.
Opinie japońskich ekspertów można podsumować w następujący sposób: Toyota Sulfide jest wciąż w fazie badań i rozwoju, a produkcja masowa jest niemożliwa przy obecnym poziomie technologii. Pierwotnym zamiarem opracowania akumulatorów półprzewodnikowych było zmniejszenie liczby akumulatorów do pojazdów hybrydowych. Świat zewnętrzny błędnie uważa, że w pojazdach elektrycznych stosuje się baterie półprzewodnikowe. Taka jest różnica między wewnętrznym myśleniem Toyoty' a zewnętrzną opinią publiczną.
Jeśli chodzi o bezpieczeństwo, baterie półprzewodnikowe mogą również wytwarzać dendryty litowe, a bezpieczeństwo jest bardzo niepokojące. A oceniając jego bezpieczeństwo, nie można oceniać na podstawie tego, czy elektrolit jest łatwopalny. Najważniejszym problemem jest bezpośredni kontakt elektrody dodatniej z elektrodą ujemną o dużej gęstości energii.
Baterie całkowicie półprzewodnikowe mogą zwiększać gęstość energii, jednym z powodów jest to, że można zredukować materiały zewnętrzne. Ale to nie jest tylko cecha charakterystyczna akumulatorów całkowicie półprzewodnikowych.
Jeśli chodzi o szybkie ładowanie, artykuł Toyoty' i większość badaczy nie potwierdzili żadnych dowodów na to, że wszystkie akumulatory półprzewodnikowe mogą być szybko ładowane. Wszyscy powiedzieli, że podczas ładowania powstają dendryty litu. Im więcej osób rozumie akumulatory całkowicie półprzewodnikowe, tym bardziej zaprzeczają, że można je szybko ładować.
Większość patentów Toyoty' w ostatniej dekadzie dotyczy impedancji. Bada ten problem od dziesięciu lat i nadal jest to duży problem.
Widoki krajowych fabryk akumulatorów: Rozprzestrzenianie się prawdziwych pożarów jest bezpośrednio związane z organicznymi ciekłymi elektrolitami. Elektrolity stałe, od polimerów po elektrolity ceramiczne, mogą w różnym stopniu poprawić bezpieczeństwo baterii. Pod względem bezpieczeństwa i gęstości energii akumulatory półprzewodnikowe zostały ulepszone w porównaniu z konwencjonalnymi tradycyjnymi akumulatorami litowo-jonowymi w przeszłości. Założeniem jest, że musimy mieć dobrą technologię, aby rozwiązać problem z interfejsem i zapewnić, że stały elektrolit może dostosować się do konstrukcji akumulatora i spełnić wymagania dotyczące wysokiego współczynnika energii.
Uważamy, że baterie półprzewodnikowe mają zalety w niektórych aspektach. Gdy membrana i elektrolit zostaną zastąpione substancjami stałymi, będą miały większe bezpieczeństwo. Gdy próg bezpieczeństwa całego systemu zostanie zwiększony, system ten może wykorzystywać materiały dodatnie i ujemne o wysokim potencjale, takie jak elektrody ujemne z metalem litowym, i będzie miał w przyszłości wyższą gęstość energii.
Obecne myślenie polega na zapewnieniu jak największej kompatybilności z istniejącym sprzętem na baterie litowe i technologią baterii litowych oraz jak największej redukcji kosztów. Ponieważ akumulatory półprzewodnikowe mają wysoką gęstość energii i wysokie bezpieczeństwo, mogą być używane jako pierwsze w niektórych szczególnych sytuacjach.
Zaleta baterii półprzewodnikowych w zakresie gęstości energii jest stosunkowo nieoczywista na poziomie ogniw i jest bardziej widoczna na poziomie PACK. Do 2021 r. akumulatory półprzewodnikowe będą wykorzystywać materiały aktywne o wyższym stopniu wykorzystania, a gęstość energii na poziomie ogniw będzie taka sama jak w przypadku akumulatorów płynnych, a następnie stopniowo ją przewyższa.
Chociaż krajowi i zagraniczni eksperci toczą spory dotyczące gęstości energii i bezpieczeństwa baterii półprzewodnikowych, zasadniczo uważają, że komercyjne zastosowanie baterii półprzewodnikowych to długi proces mający na celu rozwiązanie niektórych wad baterii płynnych. Dlatego akumulatory półprzewodnikowe można najpierw importować z branży motocyklowej i elektroniki użytkowej, a następnie wprowadzać do branży pojazdów elektrycznych, gdy trzy wymiary bezpieczeństwa, wydajności i kosztów są dojrzałe.
