A magas nikkel-lítium akkumulátorok biztonsága konszenzussá vált, de a szilárdtest lítium akkumulátorok megosztottak
Az energiasűrűséget tiszteletben tartó elektromos járművek piaca óriási kihívásokat jelent az akkumulátorcsomagok és a komplett járművek biztonsága terén. 2018-ban Kínában egymillió elektromos járműre 52 biztonsági baleset jutott. A jelenetek szempontjából a töltés, a vezetés és a parkolás olyan helyszínek, ahol biztonsági balesetek történnek.
Ha az okokat elemezzük, a tűzbalesetek 58%-át a lítium akkumulátorok termikus kifutása okozza. A hőkiesések közel 90%-át rövidzárlat okozza. A cella szintjén a pozitív és negatív anyagok, az elektrolit és a membrán a közvetlen biztosíték a termikus kifutáshoz. A csoportosítást követően a hődiffúzió visszaszorítása a szerkezeti tervezésben, a hűtésben és az elektromos szabályozásban összefügg azzal, hogy a hőkifutás kockázata csökkenthető vagy elfojtható.
2019. október 16. és 17. között Sanghajban rendezték meg a 2019-es Kína-Japán-Korea Új generációs Új Energia Járműakkumulátor Technológiai Konferenciát. A konferencia két fórumra oszlik, témája az akkumulátor hőbiztonsága és megoldásai, valamint a szilárdtest akkumulátor kulcstechnológia és az iparosítás kihívásai.
Az 1. fórumon az OEM-ek, az akkumulátorgyártók, a jól ismert egyetemek, laboratóriumok és vizsgálóintézetek megvitatják a magas nikkeltartalmú akkumulátorok termikus kifutásának okait és megoldásait, miközben az akkumulátorok fajlagos energiaszintje folyamatosan növekszik. A Fórum 2 a szilárdtest-akkumulátor-technológiai útvonalak és a status quo elemzéséről szól.
Rendszer a termikus biztonság megtekintéséhez
Az akkumulátor teljes életciklusa az anyagrendszer kiválasztásától az akkumulátorcella elkészültéig, a modulok és CSOMAGOK formázásáig, a beépítést és az alkalmazást követő akkumulátorkezelésig, a járműüzemben történő felhasználásig kezdődik.
A termikus kifutás alapvető oka az akkumulátorcella. A pozitív és negatív elektródák a"biztosíték" és az elektrolit a"üzemanyag-tároló". Csak egy"spark" hogy hőkitörést vagy tüzet okozzon.
& quot;Sparks" vagy a sejt belsejéből származnak, vagy kívülről származnak. A belső tényezők főként az akkumulátor tervezése és gyártása során keletkező instabil tényezőkre utalnak; A külső tényezők főként az akkumulátor szállítása, telepítése, üzemeltetése és karbantartása során a személyzet és külső körülmények által okozott okokra utalnak.
Az akkumulátor hőbiztonsági meghibásodását elsősorban a helyi túlmelegedés okozza, amely rövidzárlatot okoz az akkumulátor belsejében, vagy mikrozárlat az akkumulátor membránjának károsodását és nagyobb területű rövidzárlatot okoz.
A lítium-ion akkumulátorokat NCM111 és NCM523 helyett NCM622 és NCM811 típusra frissítették. A pozitív elektród hármas anyagának nikkeltartalma tovább növekszik, az oxigén felszabadulási hőmérséklete tovább csökken, és a pozitív elektród anyagának hőstabilitása egyre rosszabb. Az oxigénkibocsátási hőmérséklet csökkenése azt jelenti, hogy a lítium akkumulátor hőállóbb. A hőmérséklet emelkedésével a pozitív elektród anyaga réteges szerkezetből spinel szerkezetűvé változik, majd kősót képez és aktív oxigént szabadít fel. A kősó növekedése és az oxigén felszabadulása a termikus szökés okozta alapvető problémák.
Az elektrokémiai visszaélések okozzák a legtöbb fejfájást az akkumulátorcellagyárak számára. Az olyan visszaélések körülményei között, mint a hősokk, túltöltés és túlkisülés, az akkumulátor belsejében lévő aktív anyag és elektrolit lítium-dendriteket termel, amelyek átszúrják a membránt és belső rövidzárlatot okoznak. A lítium evolúciója a negatív elektródában a lítium-dendritek növekedésének fő oka. Ezért fontos kérdés a lítium-dendritek megelőzése.
A pozitív és negatív elektródák membrán meghibásodása miatti rövidzárlata fontos része a termikus kifutásnak. Amikor a SEI fólia biztonsági fóliája megsemmisül, az elektrolit reakcióba lép az elektródával és hőt termel, ami megolvasztja a membránt. Ezenkívül a membránnal szemben álló ellenség a lítium-dendritek, amely veszélyezteti annak integritását és stabilitását.
A belső rövidzárlat, túltöltés, az akkumulátor elöregedése stb. által okozott akkumulátor meghibásodáson kívül a szélsőséges körülmények, például külső rövidzárlat, extrudálás, tűz, bemerülés és szimulált ütközés mechanikai meghibásodása is belső rövidzárlattá alakul, és elektromos áramot okoz. meghibásodás, ami végül termikus kifutáshoz vezet.
Néhány meghibásodás és teljesítményromlás, amely az akkumulátor' teljes életciklusa során előfordulhat, az akkumulátorok biztonságos használati tartományán túli használatát eredményezi, és biztonsági baleseteket okozhat.
Az akkumulátorgyár és az OEM együttműködik
A termikus menekülés belső és külső okai megkövetelik az akkumulátorgyártók és az OEM-ek együttműködését, hogy átfogó megoldást kínáljanak, beleértve a pozitív és negatív anyagokat, elválasztókat, elektrolitot, akkumulátorkezelést és a PACK szerkezeti tervezést.
Az akkumulátorgyárakban keressen nagy nyomásnak és magas hőmérsékletnek ellenálló égésgátló elektrolitokat, magas hőmérsékletnek ellenálló egykristályos katód anyagokat, lítium-dendriteket gátló anódanyagokat, vagy használjon védőanyaggal bevont NMC811 katódokat a szárazság javítása érdekében. A francia membrán alkalmazása kerámia membránt vezet be, amely megakadályozza a hőelvezetést a sejtszinten.
Az eredeti gyártók számára az akkumulátor biztonságára való odafigyelés közel sem elég. Magának az akkumulátornak a problémái mellett az akkumulátor elektromos bekötése, a mechanikai biztonság, a töltési csatlakozás, a napi használati problémák és a gyors problémakezelés jelentik az elektromos járművek biztonságának magját.
Az OEM'. akkumulátor-biztonsági rendszerét négy szempontból tervezték és ellenőrzik: monomer, modul, BMS és rendszer. Egyrészt maguk az akkumulátorgyártók gondoskodnak a biztonságról a tervezési és gyártási kapcsolatokból. Másrészt az eredeti gyártók a mechanikai, elektromos és hőbiztonságot a modulok biztonsága szempontjából veszik figyelembe, mint például a biztonsági távolság, az erőkiképzés és a védelem.
Az összeszerelési struktúra tekintetében az eredeti gyártóknak figyelembe kell venniük a jármű különféle működési feltételeit, valamint a hűtővezetékeket, az új hűtési technológiákat, a hőkitörés korai figyelmeztetését és a terjedés megakadályozását. Ugyanakkor mérlegelniük kell az aktív tűzoltást és a külső szerkezeteken keresztüli tüzek oltásának módját.
Az OEM-ek általában azon gondolkodnak, hogyan javítsák az akkumulátorcsomag biztonságának tervezését a rendszer szintjéről. Legyen szó pozitív és negatív elektróda anyagokról, elektrolitokról, membránokról, a PACK szerkezeti kialakítása, hűtése, hőkezelése és a csoport utáni elővigyázatossági figyelmeztetések mind az OEM elemzés tárgyát képezik.
A lítium akkumulátorok biztonsága nagy téma, amely az anyagoktól a gyártáson át az alkalmazásokig minden szempontot magába foglal. Az elektromos járművek hőbiztonságának biztosításához az OEM-ek, akkumulátorgyárak és tesztelő intézmények együttműködése szükséges a hőkifutás mechanizmusának elemzéséhez és új technológiák feltárásához, amelyek késleltetik a hőkifutás előfordulását.
A szilárdtest akkumulátorok különböző hangjai
Az elektromos járművek előrehaladása azt jelzi, hogy az akkumulátorok fajlagos energiaszintje nem fog visszafelé haladni. Tendenciává vált a nagy potenciállal rendelkező pozitív és negatív anyagok alkalmazása, az akkumulátorgyárak műszaki útjain egyre gyakrabban jelennek meg az NCM811 és a szilícium-karbon anódok. A tűzveszély azonban továbbra is fenyegeti a magas nikkeltartalmú akkumulátorok alkalmazását. Ezért az akkumulátorgyártók és az OEM-ek figyelmüket a lángálló, nagy nyomásnak ellenálló szilárdtest elektrolitokra fordították, remélve, hogy megoldják a fajlagos energia és a biztonság közötti egyensúly problémáját.
Ezen a Kína-Japán-Korea konferencián azonban a kínai és a japán vendégek véleménye a szilárdtest-akkumulátorok kutatásáról és alkalmazásáról nagyon eltérő, ami kihívást jelent az iparágban' a szilárdtest-akkumulátorokról alkotott nézetei. . A magas nikkeltartalmú biztonsági megoldások helyszínének összehangolt erőfeszítéseihez képest a szilárdtest-akkumulátorok telephelye különbségekben halad előre.
A 30 éves japán szilárdtest-akkumulátor-szakértő, Dr. Tadahiko Kubota, a japán Toyota és Honda akkumulátorok egykori szakértője, Ogi Eiki a szilárdtest-akkumulátorok kutatásának jelenlegi állásáról nyilatkozott:"pesszimista" ;. A szilárdtest akkumulátorokat meglehetősen nehéz elektromos járművekben alkalmazni. Másrészt a hazai akkumulátorgyárak, mint a Qingtao, Weilan, Huineng, Guoxuan Hi-Tech, a Kínai Tudományos Akadémia, a Tongji Egyetem és a Sanghaji Jiaotong Egyetem, mind fáradhatatlanul dolgoznak szilárdtest akkumulátorokon.
A japán szakértők véleménye a következőképpen foglalható össze: A Toyota Sulfide még kutatás-fejlesztési szakaszban van, a tömeggyártás a technológia jelenlegi színvonalával lehetetlen. A szilárdtest akkumulátorok fejlesztésének eredeti szándéka az volt, hogy csökkentse a hibrid járművek akkumulátorainak számát. A külvilág tévesen azt hiszi, hogy szilárdtest akkumulátorokat használnak az elektromos járművekben. Ez a különbség a Toyota' belső gondolkodása és a külső közvélemény között.
Biztonsági szempontból a szilárdtest akkumulátorok lítium-dendriteket is termelhetnek, és a biztonság nagyon aggasztó. A biztonságosságának megítélése pedig nem az alapján ítélhető meg, hogy az elektrolit gyúlékony-e. A legfontosabb probléma a pozitív elektróda és a nagy energiasűrűségű negatív elektróda közötti közvetlen érintkezés.
A szilárdtest akkumulátorok növelhetik az energiasűrűséget, ennek egyik oka az, hogy csökkenthető a külső anyagok mennyisége. De ez nem csak a szilárdtest akkumulátorok jellemzője.
Ami a gyorstöltést illeti, a Toyota'. papírja és a legtöbb kutató nem erősített meg semmilyen bizonyítékot arra vonatkozóan, hogy minden félvezető akkumulátor gyorsan tölthető. Mind azt mondták, hogy a töltés során lítium-dendritek keletkeznek. Minél többen értik a szilárdtest akkumulátorokat, annál inkább tagadják, hogy gyorsan feltölthetők.
A legtöbb Toyota' szabadalma az elmúlt évtizedben az impedanciához kapcsolódik. Tíz éve foglalkozik ezzel a problémával, és még mindig nagy probléma.
A hazai akkumulátorgyárak látképe: A valódi tüzek terjedése közvetlenül összefügg a szerves folyékony elektrolitokkal. A polimerektől a kerámia elektrolitokig terjedő szilárd elektrolitok különböző mértékben javíthatják az akkumulátor biztonságát. Ami a biztonságot és az energiasűrűséget illeti, a szilárdtest akkumulátorokat korábban továbbfejlesztették a hagyományos hagyományos lítium-ion akkumulátorokhoz képest. Az előfeltevés az, hogy jó technológiával kell rendelkeznünk az interfész problémájának megoldásához, és biztosítani kell, hogy a szilárd elektrolit alkalmazkodni tudjon az akkumulátor kialakításához, és megfeleljen a nagy energiaarányú akkumulátor követelményeinek.
Meggyőződésünk, hogy a szilárdtest-akkumulátorok bizonyos szempontból előnyökkel járnak. Ha a membránt és az elektrolitot szilárd anyagokra cserélik, nagyobb lesz a biztonság. Ha a teljes rendszer biztonsági küszöbét megnövelik, ez a rendszer képes nagy potenciállal rendelkező pozitív és negatív anyagokat, például lítium fém negatív elektródákat használni, és a jövőben nagyobb lesz az energiasűrűsége.
A jelenlegi elgondolás az, hogy a lehető legnagyobb mértékben kompatibilis legyen a meglévő lítium akkumulátoros berendezésekkel és lítium akkumulátor technológiával, és amennyire csak lehetséges, csökkentse a költségeket. Mivel a szilárdtest-akkumulátorok nagy energiasűrűséggel és nagy biztonsággal rendelkeznek, bizonyos speciális helyzetekben először is használhatók.
A szilárdtest-akkumulátorok energiasűrűségi előnye viszonylag nem nyilvánvaló cellaszinten, és inkább PACK-szinten szembetűnő. 2021-re a szilárdtest akkumulátorok magasabb kihasználtságú aktív anyagokat fognak használni, és a cellaszintű energiasűrűség megegyezik a folyékony akkumulátorokéval, majd fokozatosan meghaladja azt.
Bár a hazai és a tengerentúli szakértők vitatkoznak a szilárdtest-akkumulátorok energiasűrűségével és biztonságával kapcsolatban, alapvetően úgy gondolják, hogy a szilárdtest-akkumulátorok kereskedelmi alkalmazása hosszú folyamat a folyékony akkumulátorok bizonyos hiányosságainak megoldása érdekében. Ezért a szilárdtest akkumulátorok először a motorkerékpárok és a fogyasztói elektronikai területekről importálhatók, majd beléphetnek az elektromos járművek területére, amikor a biztonság, a teljesítmény és a költség három dimenziója kiforrott.
