O lado da frente com um período de quatro dias, os documentos originais traduzidas de bateria de iões de lítio para veículos eléctricos "Materiais de armazenamento de energia no '" térmica mecanismo fugitivo :. A Review ", o primeiro de vários grandes Xuning Feng acabamento literatura aqui Pontos
1 bateria de lítio, crescimento da demanda e densidade de energia aumentam em paralelo
No futuro por um longo período de tempo, com o aumento da densidade de energia da bateria, o risco de fuga térmica vai subir.
Figura 1. Produção de EV e demanda de bateria de íons de lítio para veículos elétricos.
2. A FIG roteiro puro lítio veículo eléctrico bateria de iões de: requer uma vida mais longa e mais baixos são as linhas de potencial a estabilidade térmica.
A Figura 2 mostra o EV. O objectivo consiste em atingir pelo menos 2020 com um mapa da estrada em um nível de iões de lítio da bateria 300 Wh · kg-1, atinge 200 Wh · kg-1 no sangue no conjunto de baterias, o que indica que o elétrico a gama total de veículo pode ser alargada a 400 km ou mais. para atingir este objectivo, o material do cátodo pode ter sido rico cátodo Ni NCM de LiFePO 4 (LFP *) e Li'Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3 'O2 (NCM111) como LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622), LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) Li- ou óxido ricos em manganês e semelhantes, e o material do ânodo pode ter de ser alterado de carbono (incluindo grafite C) Para uma mistura de Si e C.
2 Observando a segurança dos veículos elétricos a bateria de lítio a partir da perspectiva da probabilidade
A partir do ponto de probabilidade de vista, as baterias de lítio falhas auto-induzido estão a ocorrer, mas a um nível muito baixo de auto-indução de curto-circuito interno, também chamado espontânea curto-circuito interno, são considerados possíveis causas da falha da bateria 787 (Tabela 2 acidente 4 & 5). para VE, o índice de falha de auto-induzido ao nível do veículo pode ser calculada por P = 1- (1-p) ^ (Mn), onde P m é considerada a taxa de insucesso do EV veículo, EV, em que cada célula o grupo n inclui baterias. Tesla Modelo S como um exemplo, n = 7104, assumindo taxa de falha célula 18650 auto-indutor é de 0,1 ppm ou p, quando o número do EV é igual a m = 10.000, o índice de falha P = 0,9992, indicando que a taxa de falha de aproximadamente 10.000 produtos são projetados com um incondicional. comparação com carros convencionais (nos Estados Unidos, cada carro 10 000 7.6 combustível pegou fogo a partir de um acidente de fogo '13'), a probabilidade de acidentes parecem ser EV Mais baixo.
3 Abuso de bateria de iões de lítio de energia
Mause abuse
Uma força externa, células de bateria de lítio, a bateria é deformada em diferentes partes do seu deslocamento relativo, as principais características do abuso mecânico externo. Para baterias primárias incluem uma forma de colisão, de extrusão e de punção. Tendo em conta o nível da bateria , também precisa considerar problemas de vibração.
Quando um acidente de carro, a deformação do conjunto de bateria na bateria é provável que ocorra no modo de EV em resposta a um conjunto de bateria dispostas no impacto durante uma colisão de '15' pode causar a deformação da bateria consequências perigosas: 1) e a ocorrência de um separador de bateria é rasgada Curto-circuito interno (ISC) 2) Vazamento de eletrólitos inflamáveis e possível ignição O estudo do comportamento de extrusão da bateria requer estudos em várias escalas, desde o nível do material, do nível da célula até o nível da bateria.
Artigos afectam as propriedades mecânicas do material a partir de cada uma das consequências mecânicas de abuso, e resumido usando uma variedade de métodos de modelação computacional e de simulação para prever abuso mecânico. Devido ao abuso mecânico, muitas vezes traz dentro de curto-circuito, curto-circuito externo, a fuga de electrólito, e assim trazer os efeitos térmicos processo, de modo a modelagem computacional de mecânica - elétrica - estabelecer modelo térmico de acoplamento, abuso mecânico bateria de lítio na forma do modelo mais próximo da realidade, mas também a fuga térmica prever a necessidade urgente de fazer uma simulação de computador de um parceiro de pequeno porte pode desejar explorar nessa direção. .
abuso mecânico, o mais perigoso, sem dúvida, a punção, o corpo da bateria está inserido no condutor, resultando em curto-circuito directo positivo e negativo, de colisão em comparação com a extrusão, mas a probabilidade de ocorrência de um curto-circuito, a geração de calor durante a punção mais grave, causando fuga térmica maior probabilidade anteriormente, perfurar ISC é considerado um métodos de ensaio alternativos. no entanto, repetibilidade teste de acupuntura está sendo contestada pelo fabricante da bateria. Algumas pessoas pensam que a maior densidade de energia bateria de lítio-ion não por padrão sting teste. melhorar a repetibilidade teste de penetração ou encontrar um método alternativo ainda é uma aberta e desafiadoras questões de pesquisa a segurança de baterias de lítio-íon.
Vale ressaltar que em janeiro deste ano após o artigo foi publicado, relacionado com abuso mecânico de normas nacionais, um projecto do pano "veículos elétricos que utilizam os requisitos de segurança da bateria de lítio-íon", o projecto, recomendar a suspensão test 'monômero acupuntura' Isso deve fazer parte da 'mudança' que o autor prevê.
Abuso elétrico
O abuso elétrico de baterias de lítio geralmente inclui curto-circuito externo, sobrecarga e descarga excessiva, sendo que vários deles têm maior probabilidade de se transformar em fuga térmica.
curto-circuito externo, quando um diferencial de pressão existe dois condutores do lado de fora da célula é ligada, um curto-circuito externo ocorre. curto-circuito externo do conjunto de bateria pode ser causada devido à deformação da colisão do veículo, inundando a contaminação condutor durante a manutenção ou semelhante de choque eléctrico. em comparação com o punção, geralmente, o calor libertado pelo curto-circuito externo não aqueça a pilha em curto-circuito a partir do exterior para a fuga térmica, é uma parte importante da alta temperatura intermédia quando o calor é gerado por um curto-circuito externo não pode ser bem dispersa, a temperatura da bateria estava À medida que sobe, a alta temperatura dispara a fuga térmica, portanto, cortar a corrente de curto-circuito ou dissipar o excesso de calor é um método para suprimir o curto-circuito externo de danos adicionais.
Sobrecarga, por causa da sua energia total, o abuso é uma das mais elevadas perigo eléctrico. O calor e gás durante sobrecarga duas características comuns. Calor óhmico gerado a partir das reacções de calor e laterais. Em primeiro lugar, devido à intercalação de lítio em excesso, crescimento de lítio dendrite na superfície do ânodo. ponto de tempo o crescimento de dendrites de lítio de partida, determinada pela proporção estequiométrica do cátodo e ânodo. em seguida, o deintercalation lítio causa um aquecimento excessivo devido à estrutura do cátodo e o colapso de libertação de oxigénio (libertação cátodo de oxigénio NCA '38'). a libertação de oxigénio decomposição acelerada do electrólito, uma grande quantidade de gás, devido ao aumento da pressão interna, a válvula de escape abre, esgotar a bateria começa. material activo com ar após o contacto da célula, reagem violentamente libertado Muito calor A proteção contra sobrecarga pode ser feita tanto pelo gerenciamento de tensão quanto pelo ajuste de material.
Figura 5. Os resultados do TR sobrecarregado em baterias comerciais de íons de lítio.
Overdischarge, a tensão entre os elementos da bateria eram inevitáveis. Por conseguinte, uma vez que o BMS monitorizado não especificou qualquer tensão de célula individual, de células possuindo o menor tensão irá ser excessivamente descarregado. Overdischarge abuso e outros mecanismos diferentes formas de abuso, um risco potencial pode ser subestimada. durante overdischarge, a célula de bateria tendo a mais baixa tensão podem ser ligados em série com outras células de descarga forçados durante a descarga forçada, inversão dos pólos, a tensão da célula torna-se negativa , sobre a descarga e aquecimento anormal. overdischarge causada pelo transporte de iões de cobre dissolvidos através da membrana é formada de dendrites de cobre e tendo um potencial mais baixo no lado do cátodo. medida que o crescimento continua a aumentar, os dendritos de cobre podem penetrar no separador, o que resulta em grave ISC.
Figura 6. Sobrecarregamento, curto-circuito interno devido a dissolução e deposição de coletores de corrente de cobre
Abuso quente
O superaquecimento local pode ser um caso típico de abuso térmico ocorrendo em uma bateria.O abuso térmico raramente ocorre independentemente e é frequentemente desenvolvido a partir de abuso mecânico e abuso elétrico, e é, em última instância, um gatilho direto para a fuga térmica. abuso de adição sobreaquecimento, o sobreaquecimento pode ser causado por uma conexão contatos soltas. afrouxando a ligação da bateria tenha sido confirmada. analógico abuso térmico é actualmente o mais caso, o uso de um dispositivo de controlo de bateria de aquecimento, a fim de observar o processo de aquecimento na reaco .
Curto-circuito interno
Um curto-circuito interno, bateria contacto directo positivo e negativo com, é claro, vários graus de reacção induzida por contacto também pode variar abuso mecânico geral amplamente subsequente devido ao calor e ISC massa desencadear directamente TR. Em contraste, o desenvolvimento de um curto-circuito em si interno , relativamente menor medida, que gera menos calor, não irá desencadear TR imediatamente taxa de libertação de energia, bem como a quebra de comprimento do separador a partir do grau do tempo ISC TR varia. ISC é considerado como originando espontaneamente no processo de fabricação Poluição ou defeitos Demora dias ou até meses para que a poluição / defeitos se desenvolva em ISCs espontâneos O mecanismo durante a incubação prolongada é bastante complicado.
Figura 8. Curto-circuito interno de três estágios.
4 Visão geral das reações em cadeia durante os diagramas de fuga térmica e liberação de energia
O TR pode ser explicado por um mecanismo de reacção em cadeia mostrado na Figura 9, uma vez que o aumento anormal da temperatura sob condições abusivas, uma reacção química irá ocorrer por um, formando uma reacção em cadeia térmico - temperatura - a reacção (HTR) é o loop a causa raiz da reacção em cadeia. para ser claro, calor anormal trazer baterias aumento da temperatura, a partir de efeitos colaterais, por exemplo, reacção de decomposição vice SEI liberta mais calor para formar ciclo HTR. HTR circuito de circulação a temperaturas muito elevadas até electricidade O núcleo experiências TR.
A Figura 9 mostra a utilização de um mecanismo de reacção em cadeia com eléctrodos NCM / grafite PE e os revestimentos cerâmicos do separador de bateria de lítio no processo de TR '70'. Em todo o processo de aumento da temperatura, a reacção de decomposição SEI entre o ânodo e o electrólito, PE derreter a matriz, e a decomposição da decomposição electrólito e semelhantes ocorrem sequencialmente NCM cátodo. uma vez que o revestimento cerâmico separador de colapso, um grande número de libertação instantânea curto-circuito interno de energia da bateria, a combustão pode fazer com que o TR electrólito. 9 apenas durante o mecanismo de reacção em cadeia da TR FIG. Interpretação qualitativa Para quantificar a alça HTR da reação em cadeia, é necessária a respectiva termodinâmica de vários materiais componentes.
mecanismo TR baseado em uma avaliação anterior '33, 63, 71', propomos ilustra o período mecanismo cadeia TR, referida como a energia é libertada na Fig. A Fig A libertação de energia, a primeira vez que a literatura, por considerar quantitativamente o desenvolvimento de fuga térmica O processo de definição das condições de fuga térmica.
Figura 9. Explicação qualitativa da reação em cadeia durante a fuga térmica.
O diagrama de liberação de energia é descrito detalhadamente como segue:
características principais LFP a decomposição do electrólito, por exemplo. reacção química temperatura Característica incluem potência de aquecimento (Q), que representa a taxa de libertação de calor e entalpia (h [delta]), a entalpia de reacção representa a energia total libertada durante a. temperatura característico compreende a reacção de temperatura de início (Tonset), o pico de temperatura (um Tpico) e uma temperatura final (Tendem). eixo dos X da Fig. 10 é uma temperatura característica, portanto, a zona de reacção situa-se dentro de uma região na direcção horizontal. região em forma de colina que tem uma cor (LFP verde ) representa LFP cinética de decomposição química e reacção do electrólito. montanha semelhante forma é determinada exclusivamente pela área Tonset, Tpico, tendem e Q .q determinar a altura da região em forma de colina, e ÔH determinar a posição vertical da montanha. de acordo com a legenda, todos A cinética química pode ser descrita no diagrama de liberação de energia na Figura 10, onde a cinética de todos os diferentes processos de reação pode ser comparada.
Ressalta-se premissa: A FIG Esta libertação de energia é de 100% para a bateria, a decomposição dos materiais de ânodo e cátodo SOC são tomados em reacção de combinação com o electrólito.
Figura 10. Diagrama de liberação de energia de uma bateria de íons de lítio.
5 Melhore a resistência da bateria à fuga térmica
fuga térmica durante a reacção que ocorre ânodo, o cátodo de reacção que ocorre, como do separador a partir de uma retraída para fundir, fazendo com que massa de curto-circuito interno. Para mais detalhes ver (continua, continuou a partir de).
Discutir como para evitar a fuga térmica trazer más consequências, em termos de aumento da segurança de material de eléctrodo, o electrólito e o separador de três componentes principais, apresenta uma variedade de métodos de eléctrodo modificado, aditivos electrólitos e novo sistema de electrólito, bem como mais seguro diafragma Digite (continuação).
6 Reduza o risco de fuga térmica
Aqui principalmente a partir da fuga térmica controle do ângulo spread. Há um artigo na frente de "bateria robustez design, você já notou absolutamente maneira (artigo completo)", envolvido no projeto estrutural de segurança, a maioria mas também do ponto de vista da comunicação para evitar problemas de fuga térmica considerar artigo energia materiais de armazenamento ' 'mecanismo de fuga térmica de bateria de iões de lítio para veículos elétricos: uma revisão'. sobre um determinado questões levantadas sobre a fuga do tempo'. um passageiro tempo de evacuação do carro menos de 30 segundos, o período de tempo para o ônibus evacuação é de 12 metros cinco minutos, por isso certifique-se de reservar tempo para escapar, não há acidente garantia durante certo ponto, as pessoas estavam presos. Portanto, TR severa 5 Não é permitido se espalhar em minutos. ”Esse número pode servir como uma referência quantitativa para a segurança do design do nosso sistema.
7 Resumo
Documentos sobre veículos elétricos realizou uma revisão abrangente, com uma bateria de lítio-ion comercial quente para fora do mecanismo de controle, introduziu o atual fenômeno fugitivo, térmica, a investigação das causas e estratégias de enfrentamento. Abuso, incluindo abuso mecânico, abuso elétrica e abuso térmico. Um curto-circuito interno é todas as características das condições abusivas mais comuns. mecanismo de reacção em cadeia de fuga térmica seguido no processo da reacção de decomposição de um componente celular materiais por um local. a reacção é proposta uma energia de todos os componentes celulares cinética novo gráfico de libertação de energia para explicar o mecanismo de reacção da cadeia durante a aceleração térmica. esclarecer dois casos ainda mais a relação entre o curto-circuito interno e de aceleração térmica. Finalmente, os três conceitos de protecção para ajudar a reduzir o risco de fuga térmica.
