El lado frontal con un período de cuatro días, los documentos originales traducidas de batería de iones de litio para vehículos eléctricos "Materiales Energy Storage en '" mecanismo de embalamiento térmico :. Una revisión ", el primero de varios de los principales Xuning Feng acabado literatura en este documento Puntos.
1 batería de litio de potencia, crecimiento de la demanda y aumento de la densidad de energía en paralelo
En el futuro durante un largo periodo de tiempo, con el aumento de la densidad de energía de la batería, el riesgo de fuga térmica aumentará.
Figura 1. Producción de EV y demanda de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos.
2. La Fig hoja de ruta puro batería de iones de litio de vehículos eléctricos: requiere una vida más larga y las líneas potenciales más bajos son la estabilidad térmica.
La Figura 2 muestra el EV. El objetivo es llegar a no menos de 2020 con un mapa de carreteras en un nivel de batería de iones de litio de la batería 300 Wh · kg-1, alcanza 200 Wh ·-1 kg nivel en el paquete de baterías, lo que indica que la eléctrica la gama total de vehículo se puede extender hasta 400 km o más. para lograr este objetivo, el material del cátodo puede haberse convertido en rico cátodo ni NCM de LiFePO4 (LFP *) y Li'Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3 'O2 (NCM111) como LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622), LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) Li- u óxido de manganeso-rico y similares, y el material de ánodo puede tener que ser cambiado de carbono (incluyendo grafito C) Para una mezcla de Si y C.
2 Observe la seguridad de los vehículos eléctricos con batería de litio desde la perspectiva de la probabilidad
Desde el punto de vista de probabilidad, las baterías de iones de litio fracasos autoinducidos se están produciendo, pero a un nivel muy bajo de auto-inducido cortocircuito interno, también llamado espontánea cortocircuito interno, se consideran posibles causas de fallo de la batería 787 (Tabla 2 accidente 4 y 5). para EV, la tasa de fracaso auto-inducido-nivel del vehículo puede ser calculada por P = 1- (1-p) ^ (mn), donde P m se considera la tasa de fracaso de la EV vehículo, EV que cada celda el grupo incluye n baterías. Tesla Model S como un ejemplo, n = 7.104, suponiendo 18.650 autoinductor tasa de fracaso célula es 0,1 ppm o p, cuando el número de la EV es igual a m = 10000, la tasa de fracaso P = 0,9992, lo que indica que la tasa de fracaso de aproximadamente 10.000 productos están diseñados con un rotundo. en comparación con los coches convencionales (en los Estados Unidos, cada coche 10 000 7.6 de combustible se incendió de un accidente de fuego '13'), la probabilidad de accidentes parecen ser EV Bajo más
3 Abuso de la batería de iones de litio de potencia
Abuso de maquinaria
Una fuerza externa, células de la batería de litio, la batería se deforma en diferentes partes de su desplazamiento relativo, las principales características de la abuso mecánico externo. Para las baterías primarias incluyen una forma de colisión, la extrusión y la punción. Teniendo en cuenta el nivel de la batería , también deben tener en cuenta los problemas de vibración.
Cuando un accidente de coche, la deformación de la batería en el paquete de baterías es probable que ocurra en el modo EV en respuesta a un paquete de baterías dispuesta en el impacto durante una colisión de '15' puede causar la deformación del paquete de batería consecuencias peligrosas: 1) y la ocurrencia de un separador de batería se debate Cortocircuito interno (ISC); 2) Fuga de electrolitos inflamables y posible ignición El estudio del comportamiento de extrusión de la batería requiere estudios de escala múltiple desde el nivel del material, el nivel de la batería hasta el nivel de la batería.
Artículos afectan a las propiedades mecánicas del material de cada una de las consecuencias mecánicas de abuso, y se resumen usando una variedad de métodos de modelado y simulación por ordenador para predecir abuso mecánico. Debido a abuso mecánico a menudo trae dentro de cortocircuito, cortocircuito externo, la fuga de electrolito, y por lo tanto llevar a efectos térmicos proceso, por lo que el modelado por computadora de mecánica - eléctrica - establecer el modelo térmico de acoplamiento, batería de litio abuso mecánico en forma de modelo más cercano a la realidad, sino también la fuga térmica predicen la urgente necesidad de hacer una simulación por ordenador de un socio pequeño puede desear explorar en esta dirección. .
abuso mecánico, el más peligroso, sin duda, la punción, el cuerpo de la batería se inserta en el conductor, resultando en cortocircuito directo positivo y negativo, colisión en comparación con la extrusión, pero la probabilidad de ocurrencia de un cortocircuito, la generación de calor durante la punción más severa, causando la fuga térmica mayor probabilidad previamente, perfore ISC se considera un métodos de ensayo alternativos. Sin embargo, la repetibilidad prueba de la acupuntura está siendo cuestionada por el fabricante de la batería. Algunas personas creen que la densidad de energía de la batería superior de iones de litio no por la norma La prueba de punción de la uña. Mejorar la repetibilidad de la prueba de punción o encontrar un método de prueba alternativo sigue siendo un tema abierto y desafiante para la investigación de la seguridad de la batería de iones de litio.
Vale la pena mencionar que en enero de este año después de la publicación del artículo, relacionado al uso mecánico de las normas nacionales, un proyecto de la tela "vehículos eléctricos utilizando los requisitos de seguridad de la batería de iones de litio," el proyecto, recomendar la suspensión de ensayo 'monómero de la acupuntura' Esto debería ser parte del "cambio" que el autor prevé.
Abuso eléctrico
El abuso eléctrico de las baterías de litio generalmente incluye cortocircuito externo, sobrecarga y sobredescarga. Muchos de ellos tienen más probabilidades de convertirse en fugas térmicas.
cortocircuito externo, cuando una diferencia de presión existe dos conductores fuera de la célula está activada, un cortocircuito externo se produce. cortocircuito externo de la batería podría ser debido a la deformación causada por la colisión de coches, inundando la contaminación conductor o similar durante el mantenimiento de una descarga eléctrica. en comparación con la punción, en general, el calor liberado por corto circuito externo no calienta el cortocircuito de la batería desde el exterior para el embalamiento térmico, es una parte importante de la alta temperatura intermedia cuando el calor es generado por un cortocircuito externo no puede ser bien dispersado, la temperatura de la batería estaba A medida que aumenta, la alta temperatura dispara la fuga térmica. Por lo tanto, cortar la corriente de cortocircuito o disipar el exceso de calor es un método para evitar que el cortocircuito externo sufra daños mayores.
Overcharge, debido a su plena energía, el abuso es uno de los peligros más alto eléctrica. El calor y gas durante la sobrecarga dos características comunes. Calor óhmico generado a partir de las reacciones de calor y secundarios. En primer lugar, debido a la intercalación de litio excesiva, crecimiento litio dendrita en la superficie del ánodo. punto de partida crecimiento de dendritas de litio de tiempo, determinado por la relación estequiométrica del cátodo y el ánodo. a continuación, la desintercalación del litio causa un calentamiento excesivo debido a la estructura de cátodo y el colapso de liberación de oxígeno (liberación cátodo de oxígeno NCA '38'). la liberación de oxígeno acelera la descomposición del electrolito, una gran cantidad de gas debido al aumento en la presión interna, la válvula de escape se abre, agotar la batería comienza. material activo con el aire después de contactar la célula, reaccionar libera violentamente Una gran cantidad de calor. La protección contra sobrecarga puede realizarse tanto desde la administración del voltaje como desde el ajuste del material.
Figura 5. Los resultados de TR sobrecargado en baterías de iones de litio comerciales.
Overdischarge, la tensión entre las celdas de la batería eran inevitables. En consecuencia, una vez que el monitorizado BMS no especificó ninguna tensión de celda individual, célula que tiene la tensión más baja será excesivamente alta. Overdischarge abuso y otros mecanismos diferentes formas de abuso, un riesgo potencial pueden ser subestimados. durante overdischarge, la celda de batería que tiene la tensión más baja puede estar conectado en serie con otras células de descarga forzada durante la descarga forzada, inversión de los polos, el voltaje de la celda se convierte en negativo , sobre descarga y calentamiento anormal. overdischarge causada por el transporte de iones cobre disuelto a través de la membrana se forma de dendritas de cobre y que tiene un potencial más bajo en el lado del cátodo. como el crecimiento continúa aumentando, las dendritas de cobre pueden penetrar en el separador, lo que resulta en graves ISC.
Figura 6. Descarga excesiva, cortocircuito interno debido a la disolución y deposición de colectores de corriente de cobre
Abuso caliente
El sobrecalentamiento local puede ser un caso típico de abuso térmico que se produce en el paquete de baterías. El abuso térmico rara vez se produce de manera independiente y con frecuencia se desarrolla a partir de abuso mecánico y abuso eléctrico y, en última instancia, es un desencadenante directo del descontrol térmico. abuso de adición sobrecalentamiento, el sobrecalentamiento puede ser causado por una sueltas contactos de conexión. aflojando la conexión de la batería ha sido confirmada. analógica abuso térmico es actualmente la mayoría de los casos, el uso de un dispositivo de control de la batería de calentamiento, a fin de observar el proceso de calentamiento en la reacción de .
Cortocircuito interno
Un circuito interno corto, batería contacto directo positivo y negativo con, por supuesto, diferentes grados de reacción de contacto inducida también pueden variar ampliamente posterior abuso mecánica general debido al calor y masa ISC desencadenar directamente TR. En contraste, el desarrollo de una misma cortocircuito interno , extensión relativamente menor, se genera menos calor, no se disparará TR inmediatamente tasa de liberación de energía, ya que la longitud de rotura del separador, y el grado de la ISC de TR tiempo varía. ISC se considera que se origina espontáneamente en el proceso de fabricación Contaminación o defectos: la polución / defectos tardan días o incluso meses en convertirse en CIE espontáneas. El mecanismo durante la incubación prolongada es bastante complicado.
Figura 8. Cortocircuito interno de tres etapas.
4 Descripción general de las reacciones en cadena durante los embalajes térmicos y los diagramas de liberación de energía
El TR puede explicarse por un mecanismo de reacción en cadena se muestra en la Figura 9 una vez que el aumento anormal de la temperatura en condiciones abusivas, una reacción química se producirá por uno, formando una reacción en cadena térmica - temperatura - la reacción (la HTR) es bucle la causa de la reacción en cadena. para ser claros, el calor anormal llevar pilas de aumento de la temperatura, a partir de efectos secundarios, por ejemplo, SEI reacción de descomposición Vice libera más calor para formar ciclo de HTR. bucle de circulación HTR a temperaturas muy altas hasta electricidad El núcleo experimenta TR.
La Figura 9 muestra el uso de un mecanismo de reacción en cadena de electrodos NCM / grafito PE y los revestimientos cerámicos de la separador de batería de iones de litio en el proceso de TR '70'. En todo el proceso de aumento de la temperatura, la reacción de descomposición SEI entre el ánodo y el electrolito, PE fundir la matriz, y la descomposición de la descomposición del electrolito y similares se producen secuencialmente NCM cátodo. una vez que el revestimiento cerámico colapso separador, un gran número de de cortocircuito liberación instantánea interna de energía de la batería, la combustión puede provocar que el TR electrolito. 9 sólo durante el mecanismo de reacción en cadena de TR figura. la interpretación cualitativa. para explicar cuantitativamente el bucle de reacción en cadena de HTR, cada uno de los diversos componentes que producen termodinámicamente materiales es necesario.
mecanismo de TR en base a una revisión anterior '33, 63, 71', proponemos ilustra la cadena período mecanismo de TR, se refiere como la energía se libera en la Fig. la figura La liberación de energía, la primera vez la literatura, para considerar cuantitativamente el desarrollo de embalamiento térmico El proceso de definir las condiciones de embalamiento térmico.
Figura 9. Explicación cualitativa de la reacción en cadena durante el embalamiento térmico.
El diagrama de liberación de energía se describe en detalle de la siguiente manera:
características clave LFP a la descomposición del electrolito, por ejemplo. reacción química temperatura característicos incluyen potencia de calefacción (Q), que representa la velocidad de liberación de calor y entalpía ([Delta] h), la entalpía de reacción representa la energía total liberada durante. temperatura característica comprende hacer reaccionar temperatura de inicio (Tonset), la temperatura de pico (un Tpico) y la temperatura final (Tienden). el eje X de la Fig. 10 es una temperatura característica, por tanto, la zona de reacción se encuentra dentro de una región en la dirección horizontal. región en forma de colina que tiene un color (LFP verde ) representa LFP cinética química y descomposición reacción del electrolito. montaña-como la forma se determina de forma única por área Tonset, Tpico, Tend y Q .Q la determinación de la altura de la región en forma de colina, y? h determinar la posición vertical de la montaña. de acuerdo con la leyenda, todo La cinética química se puede representar en el diagrama de liberación de energía en la Figura 10, donde se puede comparar la cinética de todos los diferentes procesos de reacción.
Es necesario enfatizar una premisa: este diagrama de liberación de energía es para una celda 100% SOC, y la descomposición de los materiales de ánodo y cátodo se considera en combinación con el electrolito.
Figura 10. Diagrama de liberación de energía de una batería de iones de litio.
5 Mejora la resistencia de la batería al fugitivo térmico
embalamiento térmico durante la reacción de ánodo que se produce, la reacción del cátodo que se produce, cómo el separador de una retrae a fundirse, causando cortocircuito interno masivo. Para detalles ver (continuación, seguido de).
Discutir la forma de prevenir el embalamiento térmico traer malas consecuencias, en términos de mejora de la seguridad de material del electrodo, del electrolito y separador de tres componentes principales, presenta una variedad de métodos de electrodos modificados, aditivos de electrolitos y nuevo sistema de electrolito, así como diafragma más seguro Tipo (continuación).
6 Reduce el riesgo de fuga térmica
Aquí principalmente de la fuga térmica control del ángulo de propagación. Hay un artículo delante del "paquete de baterías robustez del diseño, ¿alguna vez has notado absolutamente manera (artículo completo)", que participan en el diseño estructural de la seguridad, una mayoría También es desde la perspectiva de prevenir la propagación del fugitivo térmico. El artículo "El mecanismo de fugas térmicas de la batería de iones de litio para vehículos eléctricos: una revisión" sobre los materiales de almacenamiento de energía "plantea preguntas específicas sobre el tiempo de escape. tiempo de evacuación del coche de menos de 30 segundos, la duración del tiempo para el autobús de evacuación es de 12 metros cinco minutos, así que asegúrese de reservar tiempo para escapar, no hay ningún accidente de garantía durante cierto punto, las personas estaban atrapadas. por lo tanto, TR severa 5 No está permitido propagarse en minutos. 'Este número puede servir como referencia cuantitativa para la seguridad del diseño de nuestro sistema.
7 Resumen
Documentos sobre los vehículos eléctricos llevaron a cabo una revisión exhaustiva con una batería de iones de litio comercial caliente fuera del mecanismo de control, presentó el fenómeno de desbordamiento de corriente, térmica, la investigación de las causas y las estrategias de supervivencia. El abuso, incluido el abuso mecánico, abuso eléctrica y abuso térmico. Un cortocircuito interno es Todas las características de las condiciones abusivas más comunes. mecanismo de reacción en cadena de embalamiento térmico seguidos en el proceso de la reacción de descomposición a los materiales componentes de células por un solo lugar. la reacción se propuso una energía de todos los componentes de la célula cinética nuevo gráfico de liberación de energía para explicar el mecanismo de la reacción en cadena durante el embalamiento térmico. aclarar dos casos aún más la relación entre cortocircuito interno y embalamiento térmico. Finalmente, los tres conceptos de protección para ayudar a reducir el riesgo de embalamiento térmico.
