Yuqori nikelli lityum batareyalar xavfsizligi konsensusga aylandi, ammo qattiq holatdagi lityum batareyalar endi bo'lingan
Energiya zichligini hurmat qiladigan elektr transport vositalari bozori akkumulyator paketlari va to'liq transport vositalarining xavfsizligiga katta muammolarni keltirib chiqardi. 2018 yilda Xitoyda har bir million elektr transport vositasiga 52 ta xavfsizlik baxtsiz hodisasi to'g'ri keldi. Sahna nuqtai nazaridan, zaryadlash, haydash va to'xtash joylari xavfsizlik hodisalari sodir bo'ladigan sahnalardir.
Agar sabablar tahlil qilinsa, yong'in sodir bo'lgan baxtsiz hodisalarning 58 foizi lityum batareyalarning termal qochib ketishidan kelib chiqadi. Termal qochqinning deyarli 90% qisqa tutashuvlar tufayli yuzaga keladi. Hujayra darajasida ijobiy va salbiy materiallar, elektrolitlar va diafragma termal qochib ketish uchun to'g'ridan-to'g'ri sug'urta hisoblanadi. Guruhlashtirgandan so'ng, konstruktiv dizayn, sovutish va elektr nazoratida termal diffuziyani qanday bostirish termal qochib ketish xavfini kamaytirish yoki bo'g'ish mumkinligi bilan bog'liq.
2019-yil 16-17-oktabr kunlari Shanxayda 2019-yilda Xitoy-Yaponiya-Koreya yangi avlod energiyali avtomobil akkumulyatorlari texnologiyasi konferensiyasi bo‘lib o‘tdi. Konferentsiya ikkita forumga bo'lingan bo'lib, mavzular batareyaning issiqlik xavfsizligi va echimlari va qattiq holatda batareyaning asosiy texnologiyasi va sanoatlashtirish muammolari.
Forum 1, OEM'lar, quvvat akkumulyatorlari kompaniyalari, taniqli universitetlar, laboratoriyalar va sinov muassasalari yuqori nikelli batareyalarning termal qochib ketishining sabablari va echimlarini muhokama qiladilar, chunki quvvat batareyalarining o'ziga xos energiya darajasi o'sishda davom etadi. 2-forum turli xil qattiq holatda batareyalar texnologiyasi yo'nalishlari va status-kvo tahlili haqida.
Issiqlik xavfsizligini ko'rish uchun tizim
Quvvat akkumulyatorining to'liq ishlash davri material tizimini tanlashdan, batareya xujayrasi tugallanishiga, modullar va PACKlarni shakllantirishga, o'rnatish va qo'llashdan keyin batareyani boshqarishga, avtomobil ishida foydalanishga qadar boshlanadi.
Termal qochqinning asosiy sababi batareya xujayrasi hisoblanadi. Ijobiy va manfiy elektrodlar"sug'urta" elektrolit esa"yonilg'i saqlash". Unga faqat"spark" kerak; termal qochish yoki yong'inga olib kelishi uchun.
& quot;Uchqunlar" hujayraning ichidan kelib chiqadi yoki tashqaridan paydo bo'ladi. Ichki omillar asosan batareyani loyihalash va ishlab chiqarish jarayonida hosil bo'lgan beqaror omillarni nazarda tutadi; tashqi omillar asosan akkumulyatorni tashish, o'rnatish, ishlatish va texnik xizmat ko'rsatish jarayonida xodimlar va tashqi sharoitlar tufayli yuzaga kelgan sabablarga ishora qiladi.
Batareyaning termal xavfsizligi buzilishi asosan mahalliy haddan tashqari qizib ketishdan kelib chiqadi, bu batareya ichidagi qisqa tutashuvga olib keladi yoki mikro qisqa tutashuv batareya diafragmasining shikastlanishiga va kattaroq maydonning qisqa tutashuviga olib keladi.
Lityum-ion batareyalar NCM111 va NCM523 dan NCM622 va NCM811 ga yangilandi. Musbat elektrod uchlik materialining nikel miqdori o'sishda davom etmoqda, kislorodni chiqarish harorati pasayishda davom etmoqda va musbat elektrod materialining termal barqarorligi yomonlashmoqda. Kislorodni chiqarish haroratining pasayishi lityum batareyaning issiqlikka chidamliligini anglatadi. Haroratning oshishi bilan musbat elektrod materiali qatlamli strukturadan shpinel tuzilishiga o'zgaradi va keyin tosh tuzini hosil qiladi va faol kislorodni chiqaradi. Tosh tuzining o'sishi va kislorodning tarqalishi termal qochib ketishdan kelib chiqadigan asosiy muammolardir.
Elektrokimyoviy suiiste'mol - batareya hujayralari zavodlari uchun eng bosh og'rig'i muammosi. Termal zarba, ortiqcha zaryadlash va haddan tashqari zaryadsizlanish kabi suiiste'mollik sharoitida batareya ichidagi faol material va elektrolitlar diafragmani teshib, ichki qisqa tutashuvga olib keladigan lityum dendritlarni hosil qiladi. Salbiy elektrodda lityum evolyutsiyasi lityum dendritlarning o'sishining asosiy sababidir. Shuning uchun lityum dendritlarni qanday oldini olish muhim masala.
Diafragmaning ishdan chiqishi natijasida yuzaga kelgan ijobiy va salbiy elektrodlarning qisqa tutashuvi termal qochqinning muhim qismidir. SEI filmining xavfsizlik plyonkasi vayron bo'lganda, elektrolitlar issiqlik hosil qilish uchun elektrod bilan reaksiyaga kirishadi, bu esa diafragmani eritib yuboradi. Bundan tashqari, diafragma oldida turgan dushman lityum dendritlar bo'lib, uning yaxlitligi va barqarorligiga tahdid soladi.
Ichki qisqa tutashuv, haddan tashqari zaryadlash, batareyaning qarishi va hokazolar natijasida yuzaga kelgan batareyaning ishdan chiqishiga qo'shimcha ravishda, tashqi qisqa tutashuv, ekstruziya, yong'in, suvga cho'mish va simulyatsiya qilingan to'qnashuv kabi ekstremal sharoitlarda mexanik nosozlik ham ichki qisqa tutashuvga aylanadi va elektr tokini keltirib chiqaradi. muvaffaqiyatsizlik, bu oxir-oqibat termal qochib ketishiga olib keladi.
Batareya'ning toʻliq ishlash muddati davomida yuzaga kelishi mumkin boʻlgan baʼzi nosozliklar va unumdorlikning pasayishi batareyalarning xavfsiz foydalanish doirasidan tashqarida ishlatilishiga olib keladi va baʼzi xavfsizlik baxtsiz hodisalariga sabab boʻladi.
Batareya zavodi va OEM birgalikda ishlaydi
Termal qochqinning ichki va tashqi sabablari ijobiy va salbiy materiallar, ajratgichlar, elektrolitlar, batareyalarni boshqarish va PACK strukturasini loyihalash kabi umumiy yechimni ta'minlash uchun akkumulyator ishlab chiqaruvchilari va OEMlarning hamkorligini talab qiladi.
Batareya zavodlari uchun yuqori bosimli va yuqori haroratga chidamli olovga chidamli elektrolitlar, yuqori haroratga chidamli yagona kristalli katodli materiallar, lityum dendritlarni inhibe qiluvchi anod materiallari yoki quruqlikni yaxshilash uchun xavfsiz moddalar bilan qoplangan NMC811 katodlaridan foydalaning. Frantsuz diafragmasining qo'llanilishi hujayra darajasida termal qochib ketishni bostirish uchun keramik diafragmani taqdim etadi.
OEMlar uchun batareyaning o'zi xavfsizligiga e'tibor berish etarli emas. Batareyaning o'zi bilan bog'liq muammolarga qo'shimcha ravishda, akkumulyatorning elektr aloqasi, mexanik xavfsizlik, zaryadlash ulanishi, kundalik foydalanish muammolari va muammolarni tezkor hal qilish elektr transport vositalari xavfsizligining yadrosidir.
OEM' quvvat akkumulyatori xavfsizligini himoya qilish tizimi to'rt jihatdan ishlab chiqilgan va tasdiqlangan: monomer, modul, BMS va tizim. Bir tomondan, akkumulyator ishlab chiqaruvchilari o'zlari dizayn va ishlab chiqarish aloqalaridan xavfsizlikni ta'minlaydilar. Boshqa tomondan, OEMlar mexanik, elektr va issiqlik xavfsizligini modul xavfsizligi nuqtai nazaridan ko'rib chiqadilar, masalan, xavfsizlikni tozalash, kuch dizayni va himoya qilish.
Yig'ish tuzilishi nuqtai nazaridan OEMlar avtomobilning turli ish sharoitlarini, shuningdek, sovutish quvurlari, yangi sovutish texnologiyalari, termal qochib ketish haqida erta ogohlantirish va tarqalmaslikni hisobga olishlari kerak. Shu bilan birga, ular faol yong'inni o'chirish va tashqi tuzilmalar orqali yong'inni qanday o'chirishni ko'rib chiqishlari kerak.
OEM'lar odatda tizim darajasidan batareya paketi xavfsizligi dizaynini qanday yaxshilash haqida o'ylashadi. Ijobiy va salbiy elektrod materiallari bo'ladimi, elektrolitlar, diafragmalar, tizimli dizayn, sovutish, issiqlik boshqaruvi va guruhdan keyin PACK ning ehtiyotkorlik ogohlantirishlari OEM tahlilining barcha ob'ektlari hisoblanadi.
Lityum batareyalarning xavfsizligi katta mavzu bo'lib, u materiallar, ishlab chiqarishdan tortib to ilovalargacha bo'lgan barcha jihatlarni o'z ichiga oladi. Elektr transport vositalarining termal xavfsizligini ta'minlash OEMlar, akkumulyator zavodlari va sinov muassasalarining termal qochib ketish mexanizmini tahlil qilish va termal qochqinning paydo bo'lishini kechiktirish uchun yangi texnologiyalarni o'rganish uchun hamkorligini talab qiladi.
Qattiq holatdagi batareyalarning turli xil tovushlari
Elektr transport vositalarining oldinga siljishi quvvat akkumulyatorlarining o'ziga xos energiya standarti orqaga qaytmasligini ko'rsatadi. Yuqori potentsial ijobiy va salbiy materiallarni qo'llash tendentsiyaga aylandi va NCM811 va silikon uglerod anodlari akkumulyator zavodlarining texnik yo'nalishlarida tobora ko'proq paydo bo'lmoqda. Ammo yong'in xavfi hali ham yuqori nikelli batareyalarni qo'llashga tahdid solmoqda. Shu sababli, akkumulyator ishlab chiqaruvchilari va OEMlar o'ziga xos energiya va xavfsizlik o'rtasidagi muvozanat muammosini hal qilishga umid qilib, o'tga chidamli, yuqori bosimga chidamli qattiq elektrolitlarga e'tibor qaratdilar.
Biroq, ushbu Xitoy-Yaponiya-Koreya konferentsiyasida xitoylik va yaponiyalik mehmonlarning qattiq holatdagi batareyalarni tadqiq qilish va qo'llash bo'yicha qarashlari juda boshqacha bo'lib, sanoatning' qattiq holatdagi batareyalar haqidagi o'ziga xos qarashlarini shubha ostiga qo'yadi. . Yuqori nikelli xavfsizlik yechimi saytining birgalikdagi sa'y-harakatlariga nisbatan, qattiq holatdagi akkumulyator sayti farqlarda oldinga siljiydi.
Yaponiyaning 30 yillik qattiq jismli batareyalar boʻyicha mutaxassisi doktor Tadaxiko Kubota, Yaponiyaning Toyota va Honda akkumulyatorlari boʻyicha sobiq mutaxassisi Ogi Eiki qattiq jismli batareyalarni tadqiq qilishning hozirgi holati haqidagi sharhlarini"pessimistik" deb taʼriflash mumkin. ;. Qattiq holatdagi akkumulyatorlarni elektr transport vositalariga qo'llash juda qiyin. Boshqa tomondan, Qingtao, Weilan, Huineng, Guoxuan Hi-Tech, Xitoy Fanlar Akademiyasi, Tongji universiteti va Shanxay Jiaotong universiteti kabi mahalliy akkumulyator zavodlari qattiq holatdagi batareyalar ustida tinimsiz ishlaydi.
Yaponiyalik mutaxassislarning fikrlarini quyidagicha umumlashtirish mumkin: Toyota Sulfide hali tadqiqot va ishlab chiqish bosqichida, va hozirgi texnologiya darajasi bilan ommaviy ishlab chiqarish mumkin emas. Uning qattiq holatdagi akkumulyatorlarni ishlab chiqishdan asosiy maqsadi gibrid avtomobillar uchun batareyalarni kamaytirish edi. Tashqi dunyo qattiq holatda batareyalar elektr transport vositalarida qo'llaniladi, deb noto'g'ri hisoblaydi. Bu Toyota'ning ichki fikrlashi va tashqi jamoatchilik fikri o'rtasidagi farqdir.
Xavfsizlik nuqtai nazaridan, qattiq holatdagi batareyalar lityum dendritlarni ham ishlab chiqarishi mumkin va xavfsizlik juda tashvishlidir. Va uning xavfsizligini baholash uchun elektrolitlar yonuvchan yoki yo'qligi bilan baholanmaydi. Eng muhim muammo - ijobiy elektrod va yuqori energiya zichligi bilan salbiy elektrod o'rtasidagi to'g'ridan-to'g'ri aloqa.
To'liq qattiq holatdagi batareyalar energiya zichligini oshirishi mumkin, buning sabablaridan biri tashqi materiallarni kamaytirishdir. Ammo bu faqat qattiq holatdagi batareyalarning o'ziga xos xususiyati emas.
Tez zaryadlash nuqtai nazaridan, Toyota&№39 qog'ozi va ko'pchilik tadqiqotchilar barcha qattiq holatdagi akkumulyatorlarni tez zaryadlash mumkin bo'lgan hech qanday dalilni tasdiqlamadilar. Ularning barchasi litiy dendritlari zaryadlash paytida hosil bo'lishini aytdi. Qattiq holatda bo'lgan batareyalarni qanchalik ko'p tushunadigan odamlar, uni tezda zaryad qilish mumkinligini inkor etishadi.
So'nggi o'n yillikdagi Toyota&№39 patentlarining aksariyati impedans bilan bog'liq. Bu muammoni o'n yil oldin o'rganib kelmoqda va bu hali ham katta muammodir.
Mahalliy akkumulyator zavodlarining ko'rinishlari: haqiqiy yong'inlarning tarqalishi bevosita organik suyuqlik elektrolitlari bilan bog'liq. Polimerlardan seramika elektrolitlarigacha bo'lgan qattiq elektrolitlar batareyaning xavfsizligini turli darajada yaxshilashi mumkin. Xavfsizlik va energiya zichligi nuqtai nazaridan, o'tmishdagi an'anaviy an'anaviy lityum-ion batareyalarga nisbatan qattiq holatdagi batareyalar yaxshilandi. Asosiy narsa shundaki, biz interfeys muammosini hal qilish uchun yaxshi texnologiyaga ega bo'lishimiz va qattiq elektrolitlar batareya dizayniga moslashishi va energiya batareyasining yuqori nisbati talablariga javob berishiga ishonch hosil qilishimiz kerak.
Biz qattiq holatdagi batareyalar ba'zi jihatlarda afzalliklarga ega ekanligiga ishonamiz. Diafragma va elektrolitlar qattiq moddalar bilan almashtirilsa, u yuqori xavfsizlikka ega bo'ladi. Butun tizimning xavfsizlik chegarasi oshirilganda, ushbu tizim yuqori potentsial ijobiy va salbiy materiallardan, masalan, lityum metall salbiy elektrodlardan foydalanishi mumkin va kelajakda yuqori energiya zichligiga ega bo'ladi.
Mavjud fikrlash imkon qadar mavjud lityum batareya uskunalari va lityum batareya texnologiyasi bilan mos bo'lishi va imkon qadar xarajatlarni kamaytirishdir. Qattiq holatdagi batareyalar yuqori energiya zichligi va yuqori xavfsizlikka ega bo'lgani uchun ular birinchi navbatda ba'zi maxsus holatlarda ishlatilishi mumkin.
Qattiq holatdagi batareyalarning energiya zichligi ustunligi hujayra darajasida nisbatan aniq emas va PACK darajasida ko'proq namoyon bo'ladi. 2021 yilga kelib, qattiq holatdagi akkumulyatorlar faol materiallardan foydalanish darajasi yuqori bo'ladi va hujayra darajasidagi energiya zichligi suyuq batareyalar bilan bir xil bo'ladi va keyin asta-sekin undan oshib ketadi.
Mahalliy va chet ellik mutaxassislar qattiq batareyalarning energiya zichligi va xavfsizligi bo'yicha tortishuvlarga ega bo'lishsa-da, ular asosan suyuq batareyalarning ba'zi kamchiliklarini hal qilish uchun qattiq holatdagi akkumulyatorlarni tijoratda qo'llash uzoq jarayon ekanligiga ishonishadi. Shuning uchun, qattiq holatdagi batareyalar birinchi navbatda mototsikl va maishiy elektronika sohalaridan import qilinishi mumkin, so'ngra xavfsizlik, ishlash va xarajatning uch o'lchovi etuk bo'lganda elektr avtomobil maydoniga kiradi.
