4日間の期間とフロントサイド、電気自動車用のリチウムイオン電池の本来の翻訳文書の熱暴走のメカニズム:.レビュー "「「のエネルギー貯蔵材料」、いくつかの主要なXuning風水の最初は、ここに文献を終えてポイント。
1パワーリチウム電池、需要の増加とエネルギー密度が並行して増加
将来、長い間、電池のエネルギー密度が増加するにつれて、熱暴走のリスクは上昇傾向を示すであろう。
図1.電気自動車のEV生産とリチウムイオン電池の需要。
図2のロードマップ純粋な電気自動車用リチウムイオン電池は：長寿命を必要とし、低電位線が熱安定性です。
図2は、KG-1・目標は、バッテリ300 Whのリチウムイオン電池レベルで道路地図と2020未満ではないに到達することである。EVを示している電気を示し、電池パック200 Whの・KG-1レベルに達します車両の総範囲が400キロ以上に拡張することができる。この目標を達成するために、正極材料は、（LFP *）とLi'Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3「O2（NCM111）のLiFePO4から豊富なニッケル陰極NCMになっている可能性がありLiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM622）、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）LI-やマンガンリッチ酸化物等が挙げられ、陽極材料として（グラファイトCを含む）の炭素から変更しなければならないかもしれませんSiとCとの混合物
2リチウム電池電気自動車の安全性を確率の観点から観察する
ビューの確率の観点から、リチウムイオン電池自己誘導障害が発生しているだけでなく、自発内部短絡と呼ばれる自己誘導内部短絡、非常に低いレベルで、電池787（表2の故障の原因と考えられています事故4＆5）。EVため、車両レベルの自己誘導故障率は、P mは、車両EVの故障率、EV請求考えられるP = 1-（1-P）^（MN）によって計算することができ、各セルグループは、n電池を含む。テスラモデルSを例として、N = 7104、EVの数は、M = 10,000等しい場合、18650オートインデューサー細胞障害率は0.1ppmで又はPであると仮定すると、故障率P =約10,000の製品の故障率は、非修飾で設計されている。従来車と比較して示す0.9992、（米国では、すべての10 000 7.6は、燃料車が火災事故「13」から火がつい）、事故の確率はEVのように見えます低い。
3電源リチウムイオン電池の濫用
機械酷使
外力、リチウム電池セルは、電池パックは、それらの相対変位、外部の機械的誤用の主な特徴の異なる部分に変形される。一次電池は、衝突形態、押出および穿刺が含まれるため。アカウントに電池パックのレベルを決めます振動問題も考慮する必要があります。
破れ1）及び電池セパレーターの発生：自動車事故は、電池パック内の電池パックの変形が「15」の衝突時の衝撃に配置された電池パックに対応してEVモードで発生する可能性がある場合、バッテリパックの危険な結果の変形を引き起こすこと内部短絡（ISC）; 2）可燃性電解液の漏れおよび可能な点火。電池パックの押し出し挙動の研究では、材料レベル、電池レベルから電池パックレベルまでの複数の研究が必要です。
記事は、虐待の機械的な結果のそれぞれから材料の機械的特性に影響を与え、かつ機械的虐待を予測するために、コンピュータモデリングとシミュレーションの様々な方法を用いてまとめた。機械的誤用のためには、多くの場合、熱効果をもたらすので、短絡、外部短絡、電解液の漏れの中にもたらし、 、熱結合モデルを確立し、現実に近いモデルの形でリチウム電池機械的虐待、だけでなく、熱暴走は、小さなパートナーのコンピュータシミュレーションを行うための緊急の必要性がこの方向に探索することを望むかもしれない予測 - 電気 - プロセス、機械式のコンピュータモデリングはそう。 。
機械的誤用、最も危険は間違いなく穿刺、電池本体は、熱暴走を引き起こし、穿刺時の発熱はより厳しい、正および負の直接短絡、押出成形に比べて衝突が、短絡が発生する確率で、その結果、導体に挿入されています以前より高い確率、ISCは、代替試験法と考えられていない。しかし、鍼テストの再現性は電池メーカーによって挑戦されている。一部の人々は、より高いエネルギー密度のリチウムイオン電池と思います決して標準で穿刺刺すテスト。侵入テストの再現性を向上させるか、代替試験方法はまだオープンして挑戦的な研究課題のリチウムイオン電池の安全性です見つけます。
「リチウムイオン電池の安全性の要件を使用した電気自動車」国の基準の機械的虐待、布の草案に関連し、1月に記事が掲載された今年の後という案言及する価値がある、サスペンション「単量体鍼」のテストをお勧めしますこれは、著者が予見する「変更」の一部でなければなりません。
電気的虐待
リチウム電池の電気的乱用には、一般に外部短絡、過充電、過放電が含まれます。これらの形態のいくつかは熱暴走に発展する可能性が最も高いです。
圧力差は、細胞外二つの導体が存在し、外部短絡、外部短絡が発生し、オンになっている。電池パックの外部短絡が感電のメンテナンス時等に導体汚染をフラッディング起因車両衝突の変形に起因してもよいです。穿刺に比べ、一般に、外部短絡によって放出される熱が熱暴走に外部から電池の短絡を加熱しない、十分に分散することができない熱を外部短絡によって生成された中間高温の重要な部分であり、電池の温度は高温になると熱暴走が起こるので、短絡電流を遮断するか、余分な熱を放散することは、外部短絡をさらに破壊するのを防ぐ方法です。
熱とガスの発生は、過充電プロセスの2つの共通の特徴です。発熱は、オームミックスと副反応から生じます。第1に、過度のリチウム挿入のために、アノード表面にリチウムデンドライト成長。カソードとアノードの化学量論比によって決定される時間のリチウムデンドライトの成長の出発点、次に、カソード構造によるリチウム脱離の原因過度の加熱と酸素放出崩壊（NCAカソード酸素放出電解質の酸素加速分解、内部圧力の増加による大量のガス、排気バルブが開くの「38」）。放出、電池が開始排気空気を有する活性物質の細胞を接触させた後、激しく解放反応し過熱保護は、電圧管理と材料調整の両方から行うことができます。
図5.商用リチウムイオン電池の過充電TRの結果
過放電、バッテリセル間の電圧は不可避であった。監視BMSは、任意の個々のセル電圧を指定するために失敗した後従って、最低電圧を有するセルが過剰放電される。過放電乱用および他の機構乱用の異なる形態は、潜在的なリスクは、過放電時、最低電圧を有する電池セルを強制放電、磁極逆転時放電を強制的に他のセルと直列に接続されてもよい。過小評価されてもよく、セル電圧は負になります、放電及び異常発熱かけて膜を通る溶解した銅イオン輸送に起因する過放電は、銅デンドライトの形成とカソード側の低電位を有している。成長が上昇し続けると、銅の樹状突起が深刻で、その結果、セパレータを貫通することができますISC。
図6.過放電、銅電流コレクタの溶解と析出による内部短絡
熱い虐待
局所的な過熱は、熱虐待がバッテリパックで発生する典型的であってもよい。まれ誤用はしばしば電気的及び機械的誤用から開発、および直接熱暴走の最後の部分をトリガしている。起因する機械的/電気的に除き、独立乱用を加熱存在しません過熱また過熱の乱用は、緩い接続コンタクトによって引き起こされ得る。バッテリ接続を緩めることが確認された。熱乱用アナログが反応に加熱プロセスを観察するために、現在ほとんどの場合、加熱電池制御装置の使用であります。
内部短絡
内部短絡とバッテリの正および負の直接接触、当然のことながら、接触誘発性反応の様々な程度が直接TRをトリガによる熱および質量ISCに広く後続の一般的な機械的誤用を変えることができる。これとは対照的に、内部短絡自体の開発エネルギーの放出速度は、ダイアフラムの破断の程度およびISCからTRまでの時間によって異なります。自発的ISCは、製造プロセスに由来すると考えられています。汚染または欠陥汚染/欠陥が自発的なISCに発展するには数日から数か月かかるが、長期インキュベーション中のメカニズムはかなり複雑である。
図8. 3段の内部短絡
4熱暴走時およびエネルギー放出時の連鎖反応の概要
TRは、熱連鎖反応を形成する化学反応がいずれかによって発生する不正な条件下異常な温度上昇、一旦図9に示す連鎖反応機構によって説明することができる - 温度 - 反応（HTR）がループであります連鎖反応の根本的な原因は、異常な熱は、例えば、SEI分解副反応がHTRサイクルを形成するために、より多くの熱を放出する、副作用を、電池に温度上昇をもたらす開始。HTR循環ループを電気まで非常に高い温度で明確にしますコアはTRを体験します。
図9は。連鎖反応機構NCM /グラファイト電極PEとTR「70」のプロセスにおけるリチウムイオン電池用セパレータのセラミックコーティングの使用を示す温度上昇の全過程において、アノードと電解質との間のSEI分解反応、 PEは、マトリックスを溶融し、電解液の分解などの分解を順次NCMカソードを発生する。セパレータ崩壊セラミックコーティングと、バッテリ電力の内部短絡瞬時放出多数の燃焼が電解TRを引き起こし得る。9のみ連鎖反応機構TR図中。定性的解釈。定量HTR連鎖反応ループを説明するが、熱力学的材料を製造する様々な構成要素の各々が必要です。
TRメカニズム以前のレビュー'33、63、71」に基づいて、我々はエネルギーを図3にリリースされると呼ばれる、チェーン機構期間TRを示して提案する。図エネルギー放出、初めて文学、定量的に熱暴走の開発を検討するための熱暴走の条件を定義するプロセス。
熱暴走中9定性的な解釈の連鎖反応。
エネルギー放出図の詳細は次のとおりです。
例えば、電解液の分解にLFPキー機能。温度特性の化学反応は、熱発生率及びエンタルピー（△H）を表す加熱電力（Q）を含む、反応エンタルピーは、中に放出される総エネルギーを表す。温度特性は、反応させることを含みます開始温度（Tonset）、ピーク温度（Tピーク）及び終了温度（傾向がある）。図のX軸10従って、反応ゾーンは、水平方向の領域内に配置され、温度特性である。丘状領域色（緑色LFPを有します）山状を一意丘状領域の高さを決定領域Tonset、Tピーク、傾向があり、Q .Qによって決定される。電解質のLFP反応速度論、分解反応を示し、ΔHが山の垂直位置を決定する。凡例に応じて、すべての化学反応速度論は、すべての異なる反応過程の反応速度を比較できる図10のエネルギー放出図に示すことができる。
それは強調前提である：図このエネルギー放出は、SOCのアノードとカソード材料の分解は、電解質との結合反応に取り込まれ、バッテリーのために100％です。
図10.リチウムイオン電池のエネルギー放出図
5熱暴走に対する電池抵抗を改善する
、からセパレータは大量の内部短絡を引き起こし、溶融に退避方法、発生カソード反応を発生するアノード反応時の熱暴走。詳細については（継続の続き）参照します。
電極材料の安全性の向上、電解質およびセパレータ3つの主要な構成要素の観点で、悪い結果をもたらす熱暴走を防止する方法について説明し、電極、電解質添加剤と新しい電解システム、ならびに安全ダイアフラム修飾の様々な方法を紹介タイプ（続き）。
6熱暴走のリスクを減らす
ここでは主に広がり角制御熱暴走から。目の前にある記事がある「バッテリーの設計の堅牢性は、あなたが絶対に道（記事全文）を気づいている」、セキュリティの構造設計に関与し、過半数だけでなく、記事のエネルギー貯蔵材料を考慮することは熱暴走の問題を防ぐために、コミュニケーションの観点から「『電気自動車用リチウムイオン電池の熱暴走のメカニズム：審査』。時間のエスケープについての特定の問題提起に」。乗客排気時間は車が少なく、30秒以上、避難バスの時間の長さは12メートル5分ですので、脱出するための時間を確保することを確認し、保証の事故は、ある程度の間には存在しない、人が閉じ込められていた。そのため、厳しいTR 5数分以内に広がることは許されません」この数字は、システム設計セキュリティの定量的な参考資料となります。
7まとめ
電気自動車の書類が制御機構のうちホット商用リチウムイオン電池との包括的見直しを行い、原因を調査し、対処戦略、現在、熱暴走現象を導入しました。虐待を、機械的虐待、電気的虐待や熱虐待を含む。内部短絡があります最も一般的虐待条件のすべての機能は、熱暴走連鎖反応機構は、一つの場所によって分解反応セル構成材料の処理に続く。反応は細胞成分動態の全てのエネルギーが提案されています新エネルギー放出のグラフは、熱暴走時の連鎖反応のメカニズムを説明する。2例、さらに内部短絡および熱暴走との関係を明らかにする。最後に、3つの保護の概念は、熱暴走のリスクを軽減します。
