L'alta seguretat de les bateries de níquel-liti s'ha convertit en un consens, però les bateries de liti d'estat sòlid estan dividides
Un mercat de vehicles elèctrics que respecta la densitat energètica ha suposat grans reptes per a la seguretat de les bateries i els vehicles complets. El 2018, es van produir 52 accidents de seguretat per cada milió de vehicles elèctrics a la Xina. Pel que fa a les escenes, la càrrega, la conducció i l'aparcament són escenes on es produeixen accidents de seguretat.
Si s'analitzen els motius, el 58% dels accidents d'incendi són provocats per la fuga tèrmica de les bateries de liti. Gairebé el 90% de la fuga tèrmica és causada per curtcircuits. A nivell cel·lular, els materials positius i negatius, l'electròlit i el diafragma són el fusible directe per a la fuga tèrmica. Després de l'agrupació, la manera de suprimir la difusió tèrmica en el disseny estructural, la refrigeració i el control elèctric està relacionada amb si el risc de fuga tèrmica es pot reduir o sufocar.
Del 16 al 17 d'octubre de 2019, es va celebrar a Xangai la conferència de tecnologia de bateries de vehicles d'energia nova de nova generació de 2019 Xina-Japó-Corea. La conferència es divideix en dos fòrums, els temes són la seguretat i les solucions tèrmiques de les bateries i la tecnologia clau de les bateries d'estat sòlid i els reptes de la industrialització.
El Fòrum 1, els OEM, les empreses de bateries d'energia, les universitats conegudes, els laboratoris i les institucions de proves discutiran les causes i les solucions per a la fuga tèrmica de les bateries d'alt níquel a mesura que el nivell d'energia específic de les bateries de potència continua augmentant. El Fòrum 2 tracta de l'anàlisi de diferents rutes de tecnologia de bateries d'estat sòlid i l'estat quo.
Sistema per veure la seguretat tèrmica
El cicle de vida complet d'una bateria d'alimentació comença des de la selecció del sistema de material, fins a la finalització de la cèl·lula de la bateria, l'emmotllament de mòduls i PACKs, la gestió de la bateria després de la instal·lació i aplicació, fins a l'ús en el funcionament del vehicle.
La causa principal de la fuga tèrmica és la cèl·lula de la bateria. Els elèctrodes positius i negatius són el"fusible" i l'electròlit és el"emmagatzematge de combustible ". Només necessita una"espurna" per provocar una fuga tèrmica o un incendi.
& quot;Sparks" o provenen de l'interior de la cèl·lula o sorgeixen de l'exterior. Els factors interns fan referència principalment a factors inestables generats durant el disseny i la fabricació de la bateria; Els factors externs es refereixen principalment a motius causats pel personal i les condicions externes durant el transport, la instal·lació, l'operació i el manteniment de la bateria.
La fallada de seguretat tèrmica de la bateria és causada principalment per un sobreescalfament local, que provoca un curtcircuit dins de la bateria, o un micro curtcircuit causa danys al diafragma de la bateria i un curtcircuit d'àrea més gran.
Les bateries d'ió de liti s'han actualitzat de NCM111 i NCM523 a NCM622 i NCM811. El contingut de níquel del material ternari de l'elèctrode positiu continua augmentant, la temperatura d'alliberament d'oxigen continua baixant i l'estabilitat tèrmica del material de l'elèctrode positiu cada cop empitjora. La disminució de la temperatura d'alliberament d'oxigen significa que la bateria de liti és més resistent a la calor. A mesura que augmenta la temperatura, el material de l'elèctrode positiu passa d'una estructura en capes a una estructura d'espinel, i després forma sal de roca i allibera oxigen actiu. El creixement de sal gema i l'alliberament d'oxigen són els problemes fonamentals causats per la fugida tèrmica.
L'abús electroquímic és el problema més mal de cap per a les fàbriques de bateries. En condicions d'abús com ara xoc tèrmic, sobrecàrrega i sobredescàrrega, el material actiu i l'electròlit dins de la bateria produiran dendrites de liti, que perforen el diafragma i provoquen un curtcircuit intern. L'evolució del liti a l'elèctrode negatiu és una de les principals causes del creixement de les dendrites de liti. Per tant, com prevenir les dendrites de liti és un tema important.
El curtcircuit dels elèctrodes positius i negatius causat per la fallada del diafragma és una part important de la fugida tèrmica. Quan la pel·lícula de seguretat de la pel·lícula SEI es destrueix, l'electròlit reacciona amb l'elèctrode per generar calor, que fondrà el diafragma. A més, l'enemic que s'enfronta al diafragma són les dendrites de liti, que amenacen la seva integritat i estabilitat.
A més de la fallada de la bateria causada per curtcircuit intern, sobrecàrrega, envelliment de la bateria, etc., la fallada mecànica en condicions extremes, com ara curtcircuit extern, extrusió, foc, immersió i col·lisió simulada també es convertirà en curtcircuit intern i provocarà electricitat. fracàs, que eventualment conduirà a la fuga tèrmica.
Alguns errors i degradacions del rendiment que es poden produir durant el cicle de vida complet de la bateria' provocaran que les bateries s'utilitzin més enllà del rang d'ús segur i provocaran alguns accidents de seguretat.
La fàbrica de bateries i l'OEM treballen junts
Les causes internes i externes de la fugida tèrmica requereixen la cooperació dels fabricants de bateries i OEM per oferir una solució global, incloent materials positius i negatius, separadors, electròlits, gestió de bateries i disseny d'estructura PACK.
Per a les fàbriques de bateries, busqueu electròlits ignífugs a alta pressió i resistents a altes temperatures, materials de càtode monocristal resistents a altes temperatures, materials d'ànode que inhibeixen les dendrites de liti o utilitzeu càtodes NMC811 recoberts amb protectors per millorar la sequedat. L'aplicació del diafragma francès introdueix un diafragma ceràmic per suprimir la fugida tèrmica a nivell cel·lular.
Per als OEM, prestar atenció a la seguretat de la bateria en si està lluny de ser suficient. A més dels problemes de la pròpia bateria, la connexió elèctrica de la bateria, la seguretat mecànica, la connexió de càrrega, els problemes d'ús diari i la ràpida gestió dels problemes són el nucli de la seguretat dels vehicles elèctrics.
El sistema de protecció de seguretat de la bateria de potència del OEM' està dissenyat i verificat des de quatre aspectes: monòmer, mòdul, BMS i sistema. D'una banda, els mateixos fabricants de bateries garanteixen la seguretat dels enllaços de disseny i fabricació. D'altra banda, els OEM consideren la seguretat mecànica, elèctrica i tèrmica des de la perspectiva de la seguretat dels mòduls, com ara l'espai lliure de seguretat, el disseny de la força i la protecció.
Pel que fa a l'estructura de muntatge, els OEM han de tenir en compte diverses condicions de funcionament del vehicle, així com les canonades de refrigeració, les noves tecnologies de refrigeració, l'alerta primerenca de fugida tèrmica i la no proliferació. Al mateix temps, han de considerar l'extinció activa d'incendis i la manera d'extingir els incendis mitjançant estructures externes.
Els OEM solen pensar en com millorar el disseny de la seguretat de la bateria des del nivell del sistema. Tant si es tracta de materials d'elèctrodes positius com negatius, electròlits, diafragmes, el disseny estructural, la refrigeració, la gestió tèrmica i les advertències de precaució del PACK després del grup són tots els objectes de l'anàlisi OEM.
La seguretat de les bateries de liti és un gran tema, que implica tots els aspectes, des dels materials, la producció fins a les aplicacions. Garantir la seguretat tèrmica dels vehicles elèctrics requereix la cooperació dels OEM, les fàbriques de bateries i les institucions de prova per analitzar el mecanisme de la fugida tèrmica i explorar noves tecnologies per retardar l'aparició de la fuga tèrmica.
Diferents sons de bateries d'estat sòlid
El moviment cap endavant dels vehicles elèctrics indica que l'estàndard energètic específic de les bateries de potència no anirà cap enrere. L'aplicació de materials positius i negatius d'alt potencial s'ha convertit en una tendència, i NCM811 i els ànodes de carboni de silici apareixen cada cop més a les rutes tècniques de les fàbriques de bateries. Però el risc d'incendi encara amenaça l'aplicació de bateries altes en níquel. Per tant, els fabricants de bateries i els OEM han centrat la seva atenció en els electròlits d'estat sòlid ignífugs i resistents a alta pressió, amb l'esperança de resoldre el problema de l'equilibri entre l'energia específica i la seguretat.
Tanmateix, en aquesta conferència Xina-Japó-Corea, les opinions dels convidats xinesos i japonesos sobre la investigació i l'aplicació de bateries d'estat sòlid són molt diferents, desafiant les opinions inherents de la indústria' sobre les bateries d'estat sòlid. . En relació amb els esforços concertats del lloc de solució de seguretat d'alt níquel, el lloc de la bateria d'estat sòlid està avançant en diferències.
L'expert japonès de 30 anys en bateries d'estat sòlid, el doctor Tadahiko Kubota, l'antic expert japonès en bateries de Toyota i Honda, Ogi Eiki, comenta l'estat actual de la investigació de les bateries d'estat sòlid com a" pessimista" ;. És bastant difícil que les bateries d'estat sòlid s'apliquin als vehicles elèctrics. D'altra banda, les fàbriques de bateries domèstiques com Qingtao, Weilan, Huineng, Guoxuan Hi-Tech, l'Acadèmia Xinesa de Ciències, la Universitat de Tongji i la Universitat Jiaotong de Xangai estan treballant incansablement en bateries d'estat sòlid.
Les opinions dels experts japonesos es poden resumir de la següent manera: Toyota Sulfide encara es troba en l'etapa d'investigació i desenvolupament, i la producció en massa és impossible amb el nivell actual de tecnologia. La seva intenció original de desenvolupar bateries d'estat sòlid era reduir les bateries per als vehicles híbrids. El món exterior creu erròniament que les bateries d'estat sòlid s'utilitzen en els vehicles elèctrics. Aquesta és la diferència entre el pensament intern de Toyota' i l'opinió pública externa.
Pel que fa a la seguretat, les bateries d'estat sòlid també poden produir dendrites de liti i la seguretat és molt preocupant. I jutjar la seva seguretat no es pot jutjar per si l'electròlit és inflamable. El problema més important és el contacte directe entre l'elèctrode positiu i l'elèctrode negatiu amb alta densitat d'energia.
Les bateries d'estat sòlid poden augmentar la densitat d'energia, una de les raons és que es poden reduir els materials externs. Però aquesta no és només una característica característica de les bateries d'estat sòlid.
Pel que fa a la càrrega ràpida, el document de Toyota' i la majoria dels investigadors no han confirmat cap evidència que totes les bateries d'estat sòlid es puguin carregar ràpidament. Tots van dir que les dendrites de liti es formen durant la càrrega. Com més persones entenguin les bateries d'estat sòlid, més neguen que es puguin carregar ràpidament.
La majoria de les patents de Toyota' de l'última dècada estan relacionades amb la impedància. Ha estat estudiant aquest problema des de fa deu anys, i encara és un gran problema.
Vistes de les fàbriques de bateries domèstiques: la propagació d'incendis reals està directament relacionada amb els electròlits líquids orgànics. Els electròlits sòlids que van des de polímers fins a electròlits ceràmics poden millorar la seguretat de la bateria en diferents graus. Pel que fa a la seguretat i la densitat d'energia, les bateries d'estat sòlid s'han millorat en comparació amb les bateries d'ió de liti tradicionals en el passat. La premissa és que hem de tenir una bona tecnologia per resoldre el problema de la interfície i assegurar-nos que l'electròlit sòlid s'adapti al disseny de la bateria i compleixi els requisits de la bateria d'alta proporció d'energia.
Creiem que les bateries d'estat sòlid tenen avantatges en alguns aspectes. Quan el diafragma i l'electròlit es substitueixen per substàncies sòlides, tindrà més seguretat. Quan s'augmenta el llindar de seguretat de tot el sistema, aquest sistema pot utilitzar materials positius i negatius d'alt potencial, com ara elèctrodes negatius de metall de liti, i tindrà una densitat d'energia més alta en el futur.
El pensament actual és ser compatible amb els equips de bateries de liti existents i la tecnologia de bateries de liti tant com sigui possible, i reduir el cost tant com sigui possible. Com que les bateries d'estat sòlid tenen una alta densitat d'energia i una alta seguretat, es poden utilitzar primer en algunes situacions especials.
L'avantatge de la densitat d'energia de les bateries d'estat sòlid no és relativament evident a nivell de cèl·lules, i és més destacat a nivell de PACK. L'any 2021, les bateries d'estat sòlid utilitzaran materials actius amb taxes d'utilització més altes, i la densitat d'energia a nivell cel·lular serà la mateixa que la de les bateries líquides i, a continuació, la superarà gradualment.
Tot i que els experts nacionals i estrangers tenen disputes sobre la densitat energètica i la seguretat de les bateries d'estat sòlid, bàsicament creuen que l'aplicació comercial de les bateries d'estat sòlid és un procés llarg per resoldre algunes de les deficiències de les bateries líquides. Per tant, primer es poden importar bateries d'estat sòlid dels camps de la moto i l'electrònica de consum, i després entrar al camp del vehicle elèctric quan les tres dimensions de seguretat, rendiment i cost estiguin madures.
