Keselamatan bateri litium nikel tinggi telah menjadi konsensus, tetapi bateri litium keadaan pepejal kini dibahagikan
Pasaran kenderaan elektrik yang menghormati ketumpatan tenaga telah membawa cabaran besar kepada keselamatan pek bateri dan kenderaan yang lengkap. Pada 2018, terdapat 52 kemalangan keselamatan bagi setiap juta kenderaan elektrik di China. Dari segi adegan, pengecasan, pemanduan, dan tempat letak kereta adalah semua adegan di mana kemalangan keselamatan berlaku.
Jika sebab-sebabnya dianalisis, 58% daripada kemalangan kebakaran disebabkan oleh pelarian haba bateri litium. Hampir 90% pelarian haba disebabkan oleh litar pintas. Di peringkat sel, bahan positif dan negatif, elektrolit, dan diafragma adalah fius langsung untuk pelarian haba. Selepas pengumpulan, cara untuk menyekat resapan terma dalam reka bentuk struktur, penyejukan dan kawalan elektrik adalah berkaitan dengan sama ada risiko pelarian haba boleh dikurangkan atau disekat.
Dari 16 hingga 17 Oktober 2019, Persidangan Teknologi Bateri Kenderaan Tenaga Baharu China-Jepun-Korea 2019 telah diadakan di Shanghai. Persidangan itu dibahagikan kepada dua forum, topik-topik adalah keselamatan dan penyelesaian haba bateri dan teknologi utama bateri keadaan pepejal dan cabaran perindustrian.
Forum 1, OEM, syarikat bateri kuasa, universiti terkenal, makmal dan institusi ujian akan membincangkan punca dan penyelesaian untuk pelarian haba bateri nikel tinggi apabila tahap tenaga khusus bateri kuasa terus meningkat. Forum 2 adalah mengenai analisis laluan teknologi bateri keadaan pepejal yang berbeza dan status quo.
Sistem untuk melihat keselamatan terma
Kitaran hayat penuh bateri kuasa bermula daripada pemilihan sistem bahan, kepada penyiapan sel bateri, pengacuan modul dan PACK, pengurusan bateri selepas pemasangan dan penggunaan, kepada penggunaan dalam pengendalian kenderaan.
Punca utama pelarian haba adalah sel bateri. Elektrod positif dan negatif ialah"fius" dan elektrolit ialah"penyimpanan bahan api". Ia hanya memerlukan"percikan" untuk menyebabkan pelarian haba atau kebakaran.
& quot;Sparks" sama ada datang dari dalam sel atau timbul dari luar. Faktor dalaman terutamanya merujuk kepada faktor tidak stabil yang dijana semasa reka bentuk dan pembuatan bateri; faktor luaran terutamanya merujuk kepada sebab yang disebabkan oleh kakitangan dan keadaan luaran semasa pengangkutan, pemasangan, dan operasi dan penyelenggaraan bateri.
Kegagalan keselamatan haba bateri terutamanya disebabkan oleh terlalu panas setempat, yang menyebabkan litar pintas di dalam bateri, atau litar pintas mikro menyebabkan kerosakan pada diafragma bateri dan litar pintas kawasan yang lebih besar.
Bateri litium-ion telah dinaik taraf daripada NCM111 dan NCM523 kepada NCM622 dan NCM811. Kandungan nikel bahan terner elektrod positif terus meningkat, suhu pembebasan oksigen terus menurun, dan kestabilan terma bahan elektrod positif semakin teruk. Penurunan suhu pelepasan oksigen bermakna bateri litium lebih tahan haba. Apabila suhu meningkat, bahan elektrod positif berubah daripada struktur berlapis kepada struktur spinel, dan kemudian membentuk garam batu dan membebaskan oksigen aktif. Pertumbuhan garam batu dan pembebasan oksigen adalah masalah asas yang disebabkan oleh pelarian haba.
Penyalahgunaan elektrokimia adalah masalah sakit kepala yang paling banyak untuk kilang sel bateri. Di bawah keadaan penyalahgunaan seperti renjatan haba, cas berlebihan dan pelepasan berlebihan, bahan aktif dan elektrolit di dalam bateri akan menghasilkan dendrit litium, yang menembusi diafragma dan menyebabkan litar pintas dalaman. Evolusi litium dalam elektrod negatif adalah punca utama pertumbuhan dendrit litium. Oleh itu, bagaimana untuk mencegah dendrit litium adalah isu penting.
Litar pintas elektrod positif dan negatif yang disebabkan oleh kegagalan diafragma adalah bahagian penting dalam pelarian haba. Apabila filem keselamatan filem SEI dimusnahkan, elektrolit bertindak balas dengan elektrod untuk menghasilkan haba, yang akan mencairkan diafragma. Selain itu, musuh yang berhadapan dengan diafragma ialah dendrit litium, mengancam integriti dan kestabilannya.
Selain kegagalan bateri yang disebabkan oleh litar pintas dalaman, cas berlebihan, penuaan bateri, dll., kegagalan mekanikal dalam keadaan yang melampau seperti litar pintas luaran, penyemperitan, kebakaran, rendaman, dan perlanggaran simulasi juga akan ditukar menjadi litar pintas dalaman dan menyebabkan elektrik kegagalan, yang akhirnya akan membawa kepada pelarian haba .
Sesetengah kegagalan dan kemerosotan prestasi yang mungkin berlaku semasa kitaran hayat penuh bateri' akan menyebabkan bateri digunakan melebihi julat penggunaan selamat dan menyebabkan beberapa kemalangan keselamatan.
Kilang bateri dan OEM bekerjasama
Punca dalaman dan luaran pelarian haba memerlukan kerjasama pengeluar bateri dan OEM untuk menyediakan penyelesaian keseluruhan, termasuk bahan positif dan negatif, pemisah, elektrolit, pengurusan bateri dan reka bentuk struktur PACK.
Untuk kilang bateri, cari elektrolit kalis api tahan tekanan tinggi dan suhu tinggi, bahan katod kristal tunggal tahan suhu tinggi, bahan anod yang menghalang dendrit litium, atau gunakan katod NMC811 yang disalut dengan penyelamat untuk meningkatkan kekeringan. Penggunaan diafragma Perancis memperkenalkan diafragma seramik untuk menekan pelarian haba pada tahap sel.
Bagi OEM, memberi perhatian kepada keselamatan bateri itu sendiri adalah jauh dari mencukupi. Sebagai tambahan kepada masalah bateri itu sendiri, sambungan elektrik bateri, keselamatan mekanikal, sambungan pengecasan, masalah penggunaan harian, dan pengendalian masalah yang cepat adalah teras keselamatan kenderaan elektrik.
Sistem perlindungan keselamatan bateri kuasa OEM' direka dan disahkan daripada empat aspek: monomer, modul, BMS dan sistem. Di satu pihak, pengeluar bateri sendiri memastikan keselamatan daripada reka bentuk dan pautan pembuatan. Sebaliknya, OEM menganggap keselamatan mekanikal, elektrikal dan terma dari perspektif keselamatan modul, seperti pelepasan keselamatan, reka bentuk daya dan perlindungan.
Dari segi struktur pemasangan, OEM mesti mempertimbangkan pelbagai keadaan operasi kenderaan, serta saluran paip penyejukan, teknologi penyejukan baharu, amaran awal pelarian haba, dan tidak membiak. Pada masa yang sama, mereka mesti mempertimbangkan pemadam api aktif dan cara memadamkan kebakaran melalui struktur luaran.
OEM biasanya memikirkan cara untuk menambah baik reka bentuk keselamatan pek bateri dari peringkat sistem. Sama ada bahan elektrod positif dan negatif, elektrolit, diafragma, reka bentuk struktur, penyejukan, pengurusan haba dan amaran berjaga-jaga PACK selepas kumpulan adalah semua objek analisis OEM.
Keselamatan bateri litium adalah topik besar, yang melibatkan semua aspek dari bahan, pengeluaran hingga aplikasi. Memastikan keselamatan terma kenderaan elektrik memerlukan kerjasama OEM, kilang bateri dan institusi ujian untuk menganalisis mekanisme larian haba dan meneroka teknologi baharu untuk melambatkan kejadian larian haba.
Bunyi bateri keadaan pepejal yang berbeza
Pergerakan hadapan kenderaan elektrik menunjukkan bahawa standard tenaga khusus bateri kuasa tidak akan mundur. Penggunaan bahan positif dan negatif berpotensi tinggi telah menjadi trend, dan NCM811 dan anod karbon silikon semakin muncul di laluan teknikal kilang bateri. Tetapi risiko kebakaran masih mengancam penggunaan bateri nikel tinggi. Oleh itu, pengeluar bateri dan OEM telah menumpukan perhatian mereka kepada elektrolit keadaan pepejal kalis api, tahan tekanan tinggi, dengan harapan dapat menyelesaikan masalah keseimbangan antara tenaga dan keselamatan tertentu.
Walau bagaimanapun, pada persidangan China-Jepun-Korea ini, pandangan tetamu China dan Jepun mengenai penyelidikan dan penggunaan bateri keadaan pepejal adalah sangat berbeza, mencabar pandangan sedia ada industri' tentang bateri keadaan pepejal . Berbanding dengan usaha bersepadu tapak penyelesaian keselamatan nikel tinggi, tapak bateri keadaan pepejal bergerak ke hadapan dalam perbezaan.
Pakar bateri keadaan pepejal Jepun selama 30 tahun Dr. Tadahiko Kubota, bekas pakar teras bateri Toyota dan Honda Jepun, Ogi Eiki, mengulas mengenai keadaan semasa penyelidikan bateri keadaan pepejal boleh digambarkan sebagai"pesimis" ;. Agak sukar untuk bateri keadaan pepejal digunakan pada kenderaan elektrik. Sebaliknya, kilang bateri domestik seperti Qingtao, Weilan, Huineng, Guoxuan Hi-Tech, Akademi Sains China, Universiti Tongji dan Universiti Jiaotong Shanghai semuanya bekerja tanpa jemu pada bateri keadaan pepejal.
Pendapat pakar Jepun boleh diringkaskan seperti berikut: Toyota Sulfide masih dalam peringkat penyelidikan dan pembangunan, dan pengeluaran besar-besaran adalah mustahil dengan tahap teknologi semasa. Hasrat asalnya untuk membangunkan bateri keadaan pepejal adalah untuk mengurangkan bateri untuk kenderaan hibrid. Dunia luar tersilap percaya bahawa bateri keadaan pepejal digunakan dalam kenderaan elektrik. Ini adalah perbezaan antara pemikiran dalaman Toyota' dan pendapat umum luaran.
Dari segi keselamatan, bateri keadaan pepejal juga boleh menghasilkan dendrit litium, dan keselamatannya sangat membimbangkan. Dan menilai keselamatannya tidak boleh dinilai sama ada elektrolit itu mudah terbakar. Masalah yang paling penting ialah hubungan langsung antara elektrod positif dan elektrod negatif dengan ketumpatan tenaga yang tinggi.
Bateri semua keadaan pepejal boleh meningkatkan ketumpatan tenaga, salah satu sebabnya ialah bahan luaran boleh dikurangkan. Tetapi ini bukan sekadar ciri ciri bateri keadaan pepejal.
Dari segi pengecasan pantas, kertas Toyota' dan kebanyakan penyelidik tidak mengesahkan sebarang bukti bahawa semua bateri keadaan pepejal boleh dicas pantas. Mereka semua mengatakan bahawa dendrit litium terbentuk semasa pengecasan. Semakin ramai orang yang memahami bateri keadaan pepejal, semakin mereka menafikan bahawa ia boleh dicas dengan cepat.
Kebanyakan paten Toyota' dalam dekad yang lalu berkaitan dengan impedans. Ia telah mengkaji masalah ini sejak sepuluh tahun yang lalu, dan ia masih menjadi masalah besar.
Pemandangan kilang bateri domestik: Penyebaran kebakaran sebenar berkaitan secara langsung dengan elektrolit cecair organik. Elektrolit pepejal yang terdiri daripada polimer hingga elektrolit seramik boleh meningkatkan keselamatan bateri kepada tahap yang berbeza-beza. Dari segi keselamatan dan ketumpatan tenaga, bateri keadaan pepejal telah dipertingkatkan berbanding dengan bateri lithium-ion tradisional pada masa lalu. Premisnya ialah kita mesti mempunyai teknologi yang baik untuk menyelesaikan masalah antara muka, dan memastikan bahawa elektrolit pepejal boleh menyesuaikan diri dengan reka bentuk bateri dan memenuhi keperluan bateri Tenaga nisbah tinggi.
Kami percaya bahawa bateri keadaan pepejal mempunyai kelebihan dalam beberapa aspek. Apabila diafragma dan elektrolit digantikan dengan bahan pepejal, ia akan mempunyai keselamatan yang lebih tinggi. Apabila ambang keselamatan keseluruhan sistem ditingkatkan, sistem ini boleh menggunakan bahan positif dan negatif berpotensi tinggi, seperti elektrod negatif logam litium, dan akan mempunyai ketumpatan tenaga yang lebih tinggi pada masa hadapan.
Pemikiran semasa adalah untuk serasi dengan peralatan bateri litium sedia ada dan teknologi bateri litium sebanyak mungkin, dan untuk mengurangkan kos sebanyak mungkin. Oleh kerana bateri keadaan pepejal mempunyai ketumpatan tenaga yang tinggi dan keselamatan yang tinggi, ia boleh digunakan dahulu dalam beberapa situasi khas.
Kelebihan ketumpatan tenaga bagi bateri keadaan pepejal agak tidak jelas pada peringkat sel, dan lebih menonjol pada tahap PACK. Menjelang 2021, bateri keadaan pepejal akan menggunakan bahan aktif dengan kadar penggunaan yang lebih tinggi, dan ketumpatan tenaga pada tahap sel akan sama dengan bateri cecair, dan kemudian secara beransur-ansur mengatasinya.
Walaupun pakar dalam dan luar negara mempunyai pertikaian tentang ketumpatan tenaga dan keselamatan bateri keadaan pepejal, mereka pada asasnya percaya bahawa aplikasi komersial bateri keadaan pepejal adalah proses yang panjang untuk menyelesaikan beberapa kelemahan bateri cecair. Oleh itu, bateri keadaan pepejal boleh diimport dari medan motosikal dan elektronik pengguna dahulu, dan kemudian memasuki medan kenderaan elektrik apabila tiga dimensi keselamatan, prestasi dan kos matang.
