네 일 기간에 앞면, 여기에 문학을 마무리 전기 자동차 "에너지 저장에 대한 자료 ''열 폭주 메커니즘 :. 검토", 여러 주요 Xuning 펭의 첫 번째에 대한 리튬 이온 배터리의 원래 번역 된 문서 포인트.
1 파워 리튬 배터리, 수요 증가 및 에너지 밀도 증가
장래에 장시간 동안 배터리 에너지 밀도가 증가함에 따라 열 폭주의 위험은 상승 추세를 보일 것입니다.
그림 1. 전기 자동차 용 EV 생산 및 리튬 이온 배터리 수요.
그림 2. 순수 전기 자동차 용 리튬 이온 배터리 개발을위한 청사진 : 더 긴 배터리 수명과 하위 텍스트의 필요성은 열 안정성이 낮은 재료입니다.
도 2는 EV를 나타낸다. 목표 배터리 300 ㅁ *의 리튬 이온 배터리 레벨에 도로지도 2,020 이상에 도달하는 kg-1에 도달하는 200 ㅁ · 전기 것을 나타내는 전지 팩에서 kg-1 수준 한 LiFePO4 (LFP *) 및 Li'Ni1 / 3Co1 / 결착 제인 / 3 'O2 (NCM111)로부터 차량의 전체 범위가 400km 이상으로 확장 될 수있다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 양극 재료가 될 수도 풍부한 니켈 캐소드 NCM LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622) LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) 이는 리튬 망간 산화물이 풍부한 등이 있으며, 음극 재료로 (흑연 C 포함) 탄소로 변경 될 수도 Si와 C의 혼합물
2 확률 적 관점에서 리튬 배터리 전기 자동차의 안전성 준수
확률 적 관점에서 리튬 이온 배터리의 자체 유도 고장은 존재하지만 매우 낮은 수준이다. 자발적 내부 단락 회로라고 알려진 자체 유도 내부 단락은 Boeing 787 배터리의 고장의 가능한 원인으로 간주된다 (표 2 사고 4 & 5) EV의 경우, 차량 수준 자체 유도 고장율은 P = 1 - (1-p) ^ (mn)로 계산할 수 있으며, 여기서 P는 m EV를 고려한 고장율이며, 각 EV 배터리 이 그룹에는 n 개의 셀이 포함되어 있는데, 예를 들어 테슬라 모델 S를 예로 들면 n = 7104입니다. 18,650 셀의 자체 유도 된 고장률 p가 0.1ppm이라고 가정하면 EV 수가 m = 10,000 일 때 고장률 P = 0.9992로 1 만 개 제품 중 고장율이 약 1 개임을 알 수있다. 기존 자동차 (미국의 경우 1 만 대당 7.6 건)가 화재 사고가 발생할 확률이 높다. 낮음.
3 전원 리튬 이온 배터리의 남용
기계 악용
외력, 리튬 전지 셀은, 전지 팩의 상대 변위, 외부 기계적 남용의 주요 기능의 여러 부분에서 변형된다. 일차 전지 충돌 형태 압출 및 천공을 포함 들어. 고려 배터리 팩 수준 복용 또한 진동 문제를 고려해야합니다.
찢어진 1) 및 전지용 세퍼레이터의 발생 : 자동차 충돌은 배터리 팩의 배터리 팩의 변형이 '15'의 충돌시 충격에 배치 된 배터리 팩에 응답하여 EV 모드에서 발생할 때 배터리 팩 위험한 결과 변형이 발생할 수 내부 단락 (ISC) 2) 가연성 전해질의 누출 및 발화 가능성 배터리 팩의 압출 작용을 연구하려면 재료 수준, 셀 수준에서 배터리 팩 수준까지 여러 단계의 조사가 필요합니다.
기사 학대의 기계적 결과의 각에서 재료의 기계적 특성에 영향을 미칠 및 기계 학대를 예측하는 컴퓨터 모델링 및 시뮬레이션 다양한 방법을 사용하여 요약. 기계 남용으로 인해 종종 열 효과를 가져올 따라서 단락 회로, 외부 단락, 전해질 누출 내에서 제공하고, 공정, 기계의 컴퓨터 모델링 있도록 - 전기가 - 열 커플 링 모델, 현실에 가장 가까운 모델의 형태로 리튬 배터리 기계 학대뿐만 아니라 열 폭주가이 방향으로 탐구 할 수있는 작은 파트너의 컴퓨터 시뮬레이션을 수행 할 긴급한 필요를 예측을 설정합니다. .
기계적 남용, 가장 위험이 의심 천공, 전지 본체는 열 폭주를 일으키는 충돌 압출에 비해 양극 및 음극 직접 단락 결과, 도체 삽입하지만, 천자시의 단락의 발생, 열 발생의 확률보다 심각 높은 확률은 이전에, ISC는 다른 시험 방법을 고려 찔린. 그러나 침술 테스트 반복성은 배터리 제조업체에 의해 도전을 받고있다. 어떤 사람들은 표준에 의해 더 높은 에너지 밀도 리튬 이온 배터리 결코 생각하지 고통 테스트. 침투 시험 반복성을 개선하거나 대체 시험 방법은 여전히 개방적이고 도전적인 연구 질문 리튬 이온 배터리의 안전입니다 찾을 수 있습니다.
기사가 초안 "리튬 이온 배터리 안전 요구 사항을 사용하여 전기 자동차"천의 초안은, 정지를 추천 국가 표준의 기계적 남용과 관련, 출판 된 후 올해 월에 그것을 언급 할 가치가있다 '모노머 침술'테스트 이것은 저자가 예견 한 '변화'의 일부분이어야한다.
전기 남용
리튬 배터리의 전기적 남용에는 일반적으로 외부 단락, 과충전 및 과방 전이 포함됩니다. 이러한 형태 중 일부는 열 폭주로 발생할 가능성이 가장 큽니다.
셀이 켜지 외부 압력 차가 두 도체 존재하는 경우에는 외부 단락, 외부 단락이 발생한다. 배터리 팩의 외부 단락을 유지하는 동안 상기 도체 오염 또는 감전 등 범람 때문에 차량 충돌의 변형을 야기 할 수있다. 천공에 비해, 일반적으로, 외부 단락에 의해 방출 된 열이 열 폭주에 외측에서 배터리 단락을 가열하지 않고 잘 분산시킬 수없는 열을 외부 단락에 의해 생성되는 중간 고온의 중요한 부분이며, 전지의 온도는 온도가 올라감에 따라 열 폭주가 발생하기 때문에 단락 전류를 차단하거나 과도한 열을 발산하는 방법은 외부 단락 회로를 더 이상 손상시키지 않는 방법입니다.
과충전이 때문에 전체 에너지, 남용 과충전 일반적인 두 가지 기능 중 가장 전기 위험. 열과 가스 중 하나이다. 열과 부반응에서 발생하는 옴 가열한다. 우선, 과도한 리튬을 흡장에 의한, 음극 표면에 리튬 덴 드라이트의 성장. 시간의 리튬 덴 드라이트의 성장 기점, 캐소드와 애노드.이어서, 리튬 탈리 원인 과열의 화학 양론 비에 의해 결정으로 인한 양극 구조와 산소 방출 붕괴 (NCA 캐소드 산소 방출 '38'). 산소의 방출이 전해질 내부의 압력 증가로 인해 다량의 가스의 분해를 촉진, 배터리 소진 열리고 배기 밸브가 시작된다. 공기 활물질 세포를 접촉 한 후, 격렬하게 방출 반응 과열 방지 기능은 전압 관리와 재료 조정 모두에서 수행 할 수 있습니다.
그림 5. 상용 리튬 이온 배터리의 과충전 된 TR 결과
과방 전, 배터리 팩 내의 배터리 간의 전압 불일치는 불가피합니다. 따라서 BMS가 개별 배터리의 전압을 특별히 모니터하지 못하면 가장 낮은 전압의 배터리가 과방 전됩니다. 과방 전용 남용 메커니즘 및 기타 남용의 다른 형태는, 잠재적 인 위험이 과방 중 가장 낮은 전압을 갖는 배터리 셀 강제 방전 극 반전시 방전을 강제로 다른 셀에 직렬로 연결될 수있다. 과소 평가 될 수 있고, 셀 전압은 마이너스가 방전의 이상 과열. 멤브레인을 통해 용해 된 구리 이온 수송에 의한 과방 구리 수상 돌기로 형성되고, 음극 측에 더 낮은 잠재력을 가지고있다. 성장이 계속 상승으로 구리 수지상 심각한 결과, 세퍼레이터를 관통 할 수있다 ISC.
그림 6. 과방 전, 구리 집 전체의 용해 및 증착으로 인한 내부 단락
뜨거운 학대
지역 과열은 배터리 팩에서 발생하는 열적 남용의 전형적인 경우 일 수 있습니다 열적 남용은 거의 독립적으로 발생하지 않으며 종종 기계적 남용 및 전기 남용으로 인해 발생하며 궁극적으로 열 폭주의 직접적인 원인이됩니다 기계 / 전기 과열 또한 남용은 과열이 느슨한 연결 접촉에 의해 야기 될 수있다. 확인 된 전지 접속 풀어. 열 남용 아날로그 현재 대부분의 경우, 가열 전지 제어 장치를 사용하고,이 반응에있어서의 가열 공정을 관찰하기 위해서 .
내부 단락
내부 단락, 함께 물론, 접촉 - 유도 반응의 변화도 또한 열에 의한 질량 ISC 직접 TR을 트리거 널리 후속 일반적인 기계적 남용 다를 수 전지 양극과 음극의 직접 접촉. 한편, 내부 단락 자체 개발 , 덜 발열하여 TR을 즉시 유발하지는 않습니다. 에너지 방출 속도는 다이어프램 파열 정도와 ISC에서 TR까지의 시간 길이에 따라 달라집니다. 자발적 ISC는 제조 과정에서 비롯된 것으로 여겨집니다. 오염 또는 결함 오염 / 결함이 자발적 ISC로 발전하는 데 며칠 또는 몇 달이 걸리며, 장기간 배양하는 동안의 메커니즘은 상당히 복잡합니다.
그림 8. 3 단 내부 단락.
4 열 폭주 및 에너지 방출 다이어그램 동안의 연쇄 반응 개요
온도 - - TR이 남용 조건으로 비정상적인 온도 상승은, 화학 반응이 열 연쇄 반응을 형성하는 하나에 의해 발생되면도 9에 도시 연쇄 반응 메카니즘에 의해 설명 될 수있는 반응합니다 (HTR) 루프 연쇄 반응의 근본 원인은., 이상 발열, 예를 들어, SEI 분해 부사장 반응이 HTR 사이클을 형성하기 위해 더 많은 열을 방출, 부작용, 배터리를 온도 상승을 가져 시작. HTR 순환 루프를 전기 할 때까지 매우 높은 온도에서 명확하게하려면 핵심 경험 TR.
도 9. 연쇄 반응 메카니즘 NCM / 흑연 전극 PE 및 TR '70'의 과정에서 리튬 이온 전지의 세퍼레이터의 세라믹 코팅의 사용을 도시 온도 상승의 전 과정에서는, 양극과 전해질 사이의 SEI 분해 반응, PE는 매트릭스 및 전해질 분해의 분해를 용융 등 순차적 NCM 음극을 발생한다. 세퍼레이터 축소 세라믹 코팅, 배터리의 내부 단락 일시 해제 다수되면 연소 전해질 TR을 일으킬 수있다. (9) 만 연쇄 반응 메카니즘 TR도 중에. 정 성적 해석. 열역학적 정량적 자료를 생성하는 여러 구성 요소들의 각각은 필요한 상기 HTR 연쇄 반응 루프를 설명한다.
이전 검토 '33, 63, 71 ', 우리는 제안에 기초 TR기구, 체인기구 기간 TR을 도시 에너지 정량적 열 폭주의 발전을 고려 들면도.도 2의 에너지 방출 처음 문헌 해제이라 열 폭주 조건을 정의하는 프로세스.
그림 9. 열 폭주시 연쇄 반응에 대한 정 성적 설명.
에너지 방출 다이어그램은 다음과 같이 자세히 설명됩니다.
예를 들어, 전해액의 분해 LFP 키 기능. 온도 특성의 화학 반응은 열 방출율 및 엔탈피 (δH를)을 나타낸다 화력 (Q)를 포함하는, 반응 엔탈피 중에 방출 된 총 에너지를 나타낸다. 온도 특성을 반응시키는 것을 포함 개시 온도 (Tonset), 피크 온도 (a Tpeak) 및 종료 온도 (경향).도 X 축. (10)는 온도 특성이 있으므로, 반응 영역이 수평 방향의 영역 내에 위치하고있다. 언덕 모양의 영역의 색을 갖는 (녹색 LFP )는 전해질 LFP 화학 반응 속도론과 분해 반응을 나타낸다. 산 형상 고유 Tonset, Tpeak는 경향 Q .Q 언덕 모양의 영역의 높이를 결정하고, ΔH 산의 수직 위치를 결정하는 면적에 의해 결정된다. 범례에 따라, 모든 화학 반응 속도는 그림 10의 에너지 방출 다이어그램에서 확인할 수 있습니다. 그림 10에서는 모든 다른 반응 과정의 동역학을 비교할 수 있습니다.
이것은 전제 강조된다 :도이 에너지 방출 배터리 100 % 인 상기 SOC 애노드 및 캐소드 물질의 분해가 전해액과 함께 반응로 촬영된다.
그림 10. 리튬 이온 배터리의 에너지 방출 다이어그램.
5 열 폭주에 대한 전지 저항 향상
A로부터의 분리가 대규모 내부 단락을 일으키는, 용융 후퇴 어떻게 발생 애노드 반응 발생 캐소드 반응 중에 열 폭주. 상세 참조 (계속에서 계속).
열 폭주는, 전극 재료, 전해질 및 세퍼레이터의 세 가지 주요 부품의 안전성 향상의 관점에서, 나쁜 결과를 가져올 방지하는 방법을 설명하는 전극 수정 방법, 전해액 첨가제 새로운 전해질 시스템뿐만 아니라 다양한 안전 다이어프램 소개 유형 (계속).
6 열 폭주 위험 감소
여기에 주로 확산 각도 제어 열 폭주로부터. 앞에 문서 보안의 구조 설계에 참여, "배터리 팩 디자인 견고 혹시 절대적 방식 (전체 기사) 발견했습니다,"이, 대다수 뿐만 아니라 기사 에너지 저장 재료를 고려하는 열 폭주 문제를 방지하기 위해 의사 소통의 관점에서 ' "전기 자동차 용 리튬 이온 배터리의 열 폭주 메커니즘 : 리뷰". 시간의 탈출에 대한 특정 제기 질문에'. 승객 대피 시간이 30 초 미만의 차, 피난 버스 시간의 길이가 12m 오분, 그래서 탈출 할 시간을 예약 할 수 있는지 확인하고, 어느 정도 기간 동안 보증 사고가없는 사람들은. 따라서, 심한 TR 5 갇혀 분 이내에 확산하는 것을 허용했다. '이 숫자는 참조의 우리의 시스템 설계의 정량적 담보로 사용할 수 있습니다.
7 요약
전기 자동차에 대한 문서 제어 메커니즘의 밖으로 뜨거운 상용 리튬 이온 배터리와 함께 종합적인 검토를 실시, 원인을 연구하고 대처 전략, 현재, 열 폭주 현상을 소개했다. 학대, 기계 학대, 전기 학대 및 열 남용을 포함. 내부 단락이 가장 일반적인 남용 조건의 모든 기능. 열 폭주 연쇄 반응기구는 전지 구성 재료를 한 곳으로 분해 반응의 진행 하였다. 반응물을 셀 요소 동력학 모든 에너지를 제안 새로운 에너지 방출 그래프는 열 폭주 중 연쇄 반응의 메커니즘을 설명한다. 이가지 경우 상기 내부 단락 및 열 폭주의 관계를 명확히. 마지막 세 보호 개념이 열 폭주의 위험성을 줄이기 위해.
