Il lato anteriore con un periodo di quattro giorni, i documenti originali tradotti di batterie agli ioni di litio per i veicoli elettrici "Materiali di immagazzinare energia su '" termica meccanismo di instabilità :. una recensione ", il primo di una serie importante Xuning Feng finitura letteratura qui punti.
1 La batteria al litio di potenza, la crescita della domanda e la densità di energia aumentano in parallelo
Per molto tempo, in futuro, con l'aumentare della densità energetica della batteria, il rischio di instabilità termica mostrerà una tendenza al rialzo.
Figura 1. Produzione di EV e domanda di batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici.
2. La figura roadmap puro litio veicolo elettrico batteria agli ioni: richiede una maggiore durata e linee potenziali inferiori sono la stabilità termica.
La figura 2 mostra l'EV. L'obiettivo è di raggiungere almeno 2020 una mappa stradale su un livello di batteria agli ioni di litio della batteria 300 Wh · kg-1, raggiunge 200 Wh ·-1 kg livello nel pacco batteria, che indica che l'elettrico al complesso di veicolo può essere estesa a 400 km o più. per raggiungere questo obiettivo, il materiale del catodo può essere diventato ricco Ni catodo NCM da LiFePO4 (LFP *) e Li'Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3 'O2 (NCM111) come LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622), LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) Li- o ossido ricchi di manganese e simili, e il materiale anodico può dover essere cambiato da carbonio (grafite compresa C) Per una miscela di Si e C.
2 Osservare la sicurezza dei veicoli elettrici a batteria al litio dal punto di vista della probabilità
Dal punto probabilità di vista, le batterie agli ioni di litio guasti autoindotti si verificano, ma ad un livello molto basso di cortocircuito interno autoindotta, chiamati anche spontanea corto circuito interno, sono considerati possibili cause di guasto della batteria 787 (Tabella 2 Incidenti 4 e 5). Per EV, il tasso di insuccesso autoindotto a livello del veicolo può essere calcolato con P = 1 - (1-p) ^ (mn), dove P è il tasso di fallimento considerando m EV, dove ogni batteria EV il gruppo comprende batterie n. Tesla Model S come esempio, n = 7104, supponendo 18.650 autoinducer tasso di fallimento delle cellule è di 0,1 ppm o p, quando il numero di EV è pari a m = 10.000, il tasso di fallimento P = 0,9992, indicando che il tasso di fallimento di circa 10.000 prodotti sono progettati con un qualificato. rispetto a vetture convenzionali (negli Stati Uniti, ogni auto 10 000 7.6 benzina ha preso fuoco da un incidente di fuoco '13'), la probabilità di incidenti sembrano essere EV Basso di più.
3 Uso improprio della batteria agli ioni di litio
Abuso di macchinari
Una forza esterna, batteria al litio cellule, la batteria viene deformato in diverse parti del loro spostamento relativo, le principali caratteristiche del abuso meccanico esterno. Per batterie primarie includono una forma collisione, estrusione e foratura. Tenendo conto del livello della batteria , anche bisogno di considerare i problemi di vibrazione.
Quando un incidente stradale, la deformazione della batteria nella batteria è probabile che si verifichi in modalità EV in risposta ad una batteria disposto nel impatto durante una collisione di '15' può causare la deformazione del pacco batteria pericolose conseguenze: 1) e il verificarsi di un separatore di batteria è lacerato Cortocircuito interno (ISC) 2) Perdita di elettroliti infiammabili e possibile accensione Lo studio del comportamento di estrusione del pacco batterie richiede studi multiscala dal livello del materiale, dal livello della cella al livello del pacco batteria.
Articoli influenzano le proprietà meccaniche del materiale da ciascuna delle conseguenze meccaniche di abuso, e sintetizzati utilizzando una varietà di modellamento e simulazione metodi per prevedere sollecitazioni meccaniche. A causa di sollecitazioni meccaniche spesso porta all'interno cortocircuito, corto circuito esterno, perdita di elettroliti, e quindi portare effetti termici processo, in modo che il modellamento di meccanica - elettrica - stabilire modello termico di accoppiamento, batteria al litio sollecitazioni meccaniche sotto forma di modello più vicino alla realtà, ma anche l'instabilità termica prevedono l'urgenza di fare una simulazione al computer di un partner piccolo potrebbe desiderare di esplorare in questa direzione. .
sollecitazioni meccaniche, il più pericoloso indubbiamente puntura, il corpo batteria è inserita nel conduttore, con conseguente cortocircuito continua positiva e negativa, collisione rispetto all'estrusione, ma la probabilità del verificarsi di un cortocircuito, la generazione di calore durante la puntura più grave, causando instabilità termica maggiore probabilità in precedenza, puntura ISC è considerato un metodi di sperimentazione alternativi. Tuttavia, la prova di agopuntura ripetibilità è messo in discussione dal produttore della batteria. Alcune persone pensano che l'aumento della batteria agli ioni di litio densità di energia mai dalla norma Sting prova. migliorare la penetrazione test di ripetibilità o trovare un metodo alternativo di prova è ancora una domanda di ricerca aperti e stimolanti la sicurezza delle batterie agli ioni di litio.
Vale la pena ricordare che nel gennaio di quest'anno dopo l'articolo è stato pubblicato, legati all'abuso di meccanica delle norme nazionali, una bozza del tessuto "veicoli elettrici che utilizzano i requisiti di sicurezza della batteria agli ioni di litio", il progetto, raccomandare la sospensione 'monomero agopuntura' test , questo dovrebbe essere parte del previsto 'cambiamento' è.
abusi elettrico
Litio abuso elettrico, tipicamente comprendente un corto circuito esterno, eccessivo, sopra-scarico di varie forme, il più probabilità di sviluppare in deriva termica appartengono al sovraccarico.
corto circuito esterno, quando un differenziale di pressione esistente due conduttori di fuori della cella è acceso, si verifica un corto circuito esterno. corto circuito esterno del pacco batteria può essere dovuta alla deformazione del crash veicolo, inondando la contaminazione conduttore durante la manutenzione o simile di scosse elettriche. rispetto alla puntura, generalmente, il calore prodotto da corto-circuito esterno non riscaldare la batteria cortocircuito dall'esterno per instabilità termica, è una parte importante della temperatura alta intermedio quando il calore viene generato da un corto circuito esterno non può essere ben disperso, la temperatura della batteria era aumenterà, la deriva termica ad alta temperatura viene attivato. Pertanto, il metodo ulteriormente compromettere esterno cortocircuito o corrente di corto circuito è tagliato dissipare il calore in eccesso vengono soppressi.
Sovraccarico, a causa della sua energia piena, l'abuso è uno dei più alti rischio elettrico. Calore e gas durante sovraccarica due caratteristiche comuni. Calore conduttivo generato dalle reazioni di calore e laterali. In primo luogo, a causa di un'eccessiva intercalazione di litio, litio crescita dendrite sulla superficie anodica. punto litio crescita dendritica partenza di tempo, determinata dal rapporto stechiometrico del catodo e l'anodo. Successivamente, il litio deintercalazione causa surriscaldamento dovuto alla struttura del catodo e il collasso rilascio di ossigeno (release catodo ossigeno NCA '38'). il rilascio di ossigeno accelerato decomposizione dell'elettrolita, una grande quantità di gas a causa dell'aumento della pressione interna, la valvola di scarico si apre, esaurire la batteria inizia. materiale attivo con aria dopo contatto la cellula, reagire violentemente rilasciato Molto calore La protezione da sovraccarico può essere effettuata sia dalla gestione della tensione che dalla regolazione del materiale.
Figura 5. I risultati del sovraccarico TR nelle batterie agli ioni di litio commerciali.
Overdischarge, la tensione tra le batterie erano inevitabili. Di conseguenza, una volta che la monitorato BMS omesso di specificare qualsiasi tensione del singolo, cella avente la tensione più bassa sarà eccessivamente scaricata. Overdischarge abuso e altri meccanismi diverse forme di abuso, un potenziale rischio possono essere sottovalutati. durante overdischarge, la cella di batteria avente la tensione più bassa può essere collegato in serie con altre cellule scarico forzate durante la scarica forzata, inversione del polo, la tensione di cella diventa negativa , sopra scarico e riscaldamento anomalo. overdischarge causata da disciolto trasporto di ioni rame attraverso la membrana è formata da dendriti rame ed avente un potenziale inferiore sul lato catodico. la crescita continua a salire, i dendriti rame possono penetrare il separatore, con gravi ISC.
Figura 6. Overdischarge, cortocircuito interno dovuto alla dissoluzione e alla deposizione di collettori di corrente in rame
Abuso caldo
Il surriscaldamento locale può essere un tipico caso di abuso termico che si verifica nel gruppo batteria L'abuso termico si verifica raramente in modo indipendente e viene spesso sviluppato da abuso meccanico ed abuso elettrico ed è l'innesco diretto per la fuga termica. abuso di addizione surriscaldamento, surriscaldamento può essere causato da una contatti di collegamento allentati. allentando il collegamento della batteria è stata confermata. abuso termico analogico è attualmente il più caso, l'uso di un dispositivo di controllo della batteria di riscaldamento, al fine di osservare il processo di riscaldamento nella reazione .
Cortocircuito interno
Un corto circuito interno, batteria contatto diretto positivo e negativo, naturalmente, vari gradi di reazione contatto indotta possono anche variare ampiamente conseguente sollecitazione meccanica generale a causa di calore e massa ISC attivare direttamente TR. Al contrario, lo sviluppo di un cortocircuito interno sé , misura relativamente minore, genera meno calore, non si innesca TR immediatamente energia di rilascio, così come la rottura lunghezza del separatore dal grado di tempo ISC TR varia. ISC è considerato originario spontaneamente nel processo di fabbricazione Inquinamento o difetti Ci vogliono giorni o addirittura mesi perché l'inquinamento / i difetti si trasformino in ISC spontanei, il meccanismo durante l'incubazione prolungata è piuttosto complicato.
Figura 8. Cortocircuito interno a tre stadi.
4 Panoramica delle reazioni a catena durante l'instabilità termica e diagrammi di rilascio di energia
Il TR può essere spiegato da un meccanismo di reazione a catena mostrato in Figura 9, una volta l'aumento anomalo della temperatura in condizioni abusive, una reazione chimica avverrà per uno, formando una reazione a catena termica - temperatura - la reazione (HTR) è cappio la causa principale della reazione a catena. per essere chiari, calore anormale portare le batterie aumento di temperatura, partendo effetti collaterali, ad esempio, SEI decomposizione Vice reazione libera più calore per formare ciclo HTR. anello di circolazione HTR a temperature molto elevate, fino elettrica Le esperienze principali sono TR.
La figura 9 mostra l'uso di un meccanismo di reazione a catena elettrodi NCM / grafite PE e rivestimenti ceramici del separatore di batteria agli ioni di litio nel processo di TR '70'. In tutto il processo di aumento di temperatura, la reazione di decomposizione SEI tra l'anodo e l'elettrolita, PE fondere la matrice, e la decomposizione della decomposizione dell'elettrolita e simili si verificano sequenzialmente MNC catodo. una volta che il rivestimento ceramico separatore collasso, un gran numero di interno cortocircuito rilascio istantaneo di potenza della batteria, la combustione può causare il TR elettrolita. 9 solo durante il meccanismo di reazione a catena TR fIG. l'interpretazione qualitativa. spiegare quantitativamente il ciclo reazione a catena HTR, ciascuno dei vari componenti che producono termodinamicamente materiali è necessario.
Meccanismo TR basato su una recensione precedente '33, 63, 71', proponiamo illustra il TR catena periodo meccanismo, indicata come energia viene rilasciata nella figura Fig. Il rilascio di energia, la prima volta la letteratura, per considerare quantitativamente lo sviluppo di instabilità termica Il processo di definizione delle condizioni termiche di fuga.
Figura 9. Spiegazione qualitativa della reazione a catena durante l'instabilità termica.
Il diagramma di rilascio dell'energia è descritto in dettaglio come segue:
caratteristiche chiave LFP alla decomposizione dell'elettrolita per esempio. temperatura Caratteristica reazione chimica includono potenza di riscaldamento (Q), che rappresenta il tasso di rilascio di calore ed entalpia ([Delta] h), l'entalpia di reazione rappresenta l'energia totale rilasciata durante. temperatura caratteristica comprende la reazione temperatura di inizio (Tonset), temperatura di picco (a Tpeak) e temperatura di fine (Tendono). asse X della fig. 10 è una temperatura caratteristica, pertanto, la zona di reazione si trova all'interno di una regione in direzione orizzontale. regione sagomata collina avente un colore (verde LFP ) rappresenta LFP cinetica chimica e decomposizione reazione dell'elettrolita. forma mountain-simile è determinata univocamente dalla zona Tonset, Tpeak, tende e Q .Q determinare l'altezza della regione sagomata collina, e Dh determinare la posizione verticale della montagna. secondo la legenda, tutti La cinetica chimica può essere rappresentata nel diagramma di rilascio dell'energia nella Figura 10, dove è possibile confrontare la cinetica di tutti i diversi processi di reazione.
È necessario sottolineare una premessa: questo diagramma di rilascio di energia è per una cella SOC al 100% e la decomposizione dei materiali anodico e catodico è considerata in combinazione con l'elettrolito.
Figura 10. Diagramma di rilascio di energia di una batteria agli ioni di litio.
5 Migliora la resistenza della batteria alla fuga termica
instabilità termica durante la reazione anodo cui avviene la reazione catodica che avviene, come il separatore da una retratto a sciogliersi, causando massiccia cortocircuito interno. Per i dettagli vedere (continua, continua da).
Discutere come impedire instabilità termica portare conseguenze negative, in termini di miglioramento della sicurezza del materiale elettrodico, elettroliti e separatore tre componenti principali, introduce una varietà di metodi di elettrodi modificati, additivi elettroliti e nuovo sistema di elettrolita, nonché diaframma sicuro Digitare (continua).
6 Ridurre il rischio di fuga termica
Qui è principalmente dal punto di vista del controllo della diffusione della fuga termica. Il precedente articolo "Robustness of Power Battery Pack Design della struttura, assolutamente ci sono modi in cui non hai prestato attenzione a (completamente)", la sicurezza coinvolta nella progettazione strutturale, una grande parte È anche dal punto di vista della prevenzione della diffusione della fuga termica L'articolo "Meccanismo di instabilità termica della batteria agli ioni di litio per veicoli elettrici: una revisione" sui materiali di immagazzinamento dell'energia "solleva in particolare le domande sul tempo di fuga. Il tempo di evacuazione dell'auto è inferiore a 30 secondi e il tempo di evacuazione di un autobus con una lunghezza di 12 metri è di 5 minuti, ed è garantito che tale tempo di fuga sia riservato in un certo grado per garantire che nessuno resti intrappolato durante l'incidente. Non è consentito diffondersi in pochi minuti. "Questo numero può servire come riferimento quantitativo per la sicurezza del nostro sistema.
7 Sommario
La letteratura fornisce una rassegna completa dei meccanismi di instabilità termica delle batterie commerciali agli ioni di litio utilizzate nei veicoli elettrici, descrive i risultati della ricerca corrente sui fenomeni di instabilità termica, le cause e le strategie di coping Gli abusi includono l'abuso meccanico, l'abuso elettrico e l'abuso termico. Le caratteristiche più comuni di tutte le condizioni di abuso: l'instabilità termica segue il meccanismo di reazione a catena in cui le reazioni di decomposizione dei materiali dei componenti della batteria si verificano uno dopo l'altro e viene proposta una cinetica di energia di reazione di tutti i materiali componenti della batteria. Un nuovo tipo di diagramma di rilascio dell'energia per spiegare il meccanismo della reazione a catena durante la fuga termica: sono stati utilizzati due casi per chiarire ulteriormente la relazione tra cortocircuito interno e instabilità termica Infine è stato proposto un concetto di protezione a tre livelli per ridurre il rischio di fuga termica.
