Yüksek nikel lityum pil güvenliği bir fikir birliği haline geldi, ancak katı hal lityum piller artık bölünmüş durumda
Enerji yoğunluğuna saygı duyan bir elektrikli araç pazarı, pil paketlerinin ve komple araçların güvenliğine büyük zorluklar getirdi. 2018'de Çin'de bir milyon elektrikli araç başına 52 güvenlik kazası meydana geldi. Sahneler açısından, şarj etme, araba kullanma ve park etme, güvenlik kazalarının meydana geldiği sahnelerdir.
Sebepler analiz edilirse, yangın kazalarının %58'i lityum pillerin termal kaçaklarından kaynaklanmaktadır. Termal kaçakların yaklaşık %90'ı kısa devrelerden kaynaklanır. Hücre düzeyinde, pozitif ve negatif malzemeler, elektrolit ve diyafram, termal kaçak için doğrudan sigortadır. Gruplandırmadan sonra, yapısal tasarımda, soğutmada ve elektrik kontrolünde termal difüzyonun nasıl bastırılacağı, termal kaçak riskinin azaltılıp azaltılamayacağı ile ilgilidir.
16-17 Ekim 2019 tarihleri arasında, 2019 Çin-Japonya-Kore Yeni Nesil Yeni Enerji Araç Akü Teknolojisi Konferansı Şanghay'da düzenlendi. Konferans iki foruma bölünmüştür, konular pil termal güvenliği ve çözümleri ile katı hal pil teknolojisi ve sanayileşme zorluklarıdır.
Forum 1, OEM'ler, güç pili şirketleri, tanınmış üniversiteler, laboratuvarlar ve test kurumları, güç pillerinin özgül enerji seviyesi artmaya devam ettikçe yüksek nikel pillerin termal kaçaklarının nedenlerini ve çözümlerini tartışacaklar. Forum 2, farklı katı hal pil teknolojisi rotalarının ve statükonun analizi ile ilgilidir.
Termal güvenliği görmek için sistem
Bir güç aküsünün tam yaşam döngüsü, malzeme sisteminin seçiminden akü hücresinin tamamlanmasına, modüllerin ve PACK'lerin kalıplanmasına, kurulum ve uygulama sonrası akü yönetiminden araç işletiminde kullanıma kadar başlar.
Termal kaçakların temel nedeni pil hücresidir. Pozitif ve negatif elektrotlar,&"sigorta &"; ve elektrolit&"yakıt depolama &" dir. Sadece bir&kıvılcım" termal kaçak veya yangına neden olmak için.
& quot;Kıvılcımlar" ya hücrenin içinden gelirler ya da dışarıdan doğarlar. Dahili faktörler esas olarak pil tasarımı ve üretimi sırasında oluşan kararsız faktörleri ifade eder; dış etkenler, esas olarak, pilin nakliyesi, montajı, işletimi ve bakımı sırasında personel ve dış koşullardan kaynaklanan nedenleri ifade eder.
Pilin termal güvenlik arızası esas olarak pilin içinde kısa devreye neden olan yerel aşırı ısınmadan veya bir mikro kısa devre pil diyaframında hasara ve daha geniş bir alan kısa devresine neden olur.
Lityum iyon piller, NCM111 ve NCM523'ten NCM622 ve NCM811'e yükseltildi. Pozitif elektrotlu üçlü malzemenin nikel içeriği artmaya devam eder, oksijen salma sıcaklığı düşmeye devam eder ve pozitif elektrot malzemesinin termal kararlılığı giderek daha da kötüleşir. Oksijen salma sıcaklığındaki düşüş, lityum pilin ısıya daha dayanıklı olduğu anlamına gelir. Sıcaklık arttıkça, pozitif elektrot malzemesi katmanlı bir yapıdan bir spinel yapıya dönüşür ve ardından kaya tuzu oluşturur ve aktif oksijeni serbest bırakır. Kaya tuzunun büyümesi ve oksijen salınımı, termal kaçakların neden olduğu temel problemlerdir.
Elektrokimyasal kötüye kullanım, pil hücresi fabrikaları için en baş ağrısı sorunudur. Termal şok, aşırı şarj ve aşırı deşarj gibi kötüye kullanım koşulları altında, pilin içindeki aktif malzeme ve elektrolit, diyaframı delip dahili bir kısa devreye neden olan lityum dendritleri üretecektir. Negatif elektrottaki lityum gelişimi, lityum dendritlerin büyümesinin ana nedenidir. Bu nedenle lityum dendritlerin nasıl önleneceği önemli bir konudur.
Diyaframın arızalanmasından kaynaklanan pozitif ve negatif elektrotların kısa devresi, termal kaçakların önemli bir parçasıdır. SEI filminin güvenlik filmi yok edildiğinde, elektrolit, diyaframı eritecek ısı üretmek için elektrotla reaksiyona girer. Ayrıca, diyaframın karşı karşıya olduğu düşman, bütünlüğünü ve kararlılığını tehdit eden lityum dendritlerdir.
Dahili kısa devre, aşırı şarj, pil yaşlanması vb. kaynaklı pil arızasına ek olarak, harici kısa devre, ekstrüzyon, yangın, daldırma ve benzetilmiş çarpışma gibi aşırı koşullardaki mekanik arıza da dahili kısa devreye dönüştürülür ve elektrik çarpmasına neden olur. sonunda termal kaçak yol açacak arıza.
Pilin' tam kullanım ömrü boyunca meydana gelebilecek bazı arızalar ve performans düşüşleri, pillerin güvenli kullanım aralığının dışında kullanılmasına ve bazı güvenlik kazalarına neden olacaktır.
Pil fabrikası ve OEM birlikte çalışır
Termal kaçakların dahili ve harici nedenleri, pozitif ve negatif malzemeler, ayırıcılar, elektrolit, pil yönetimi ve PACK yapı tasarımı dahil olmak üzere genel bir çözüm sağlamak için pil üreticilerinin ve OEM'lerin işbirliğini gerektirir.
Pil fabrikaları için, yüksek basınca ve yüksek sıcaklığa dayanıklı alev geciktirici elektrolitler, yüksek sıcaklığa dayanıklı tek kristal katot malzemeleri, lityum dendritleri engelleyen anot malzemeleri arayın veya kuruluğu iyileştirmek için koruyucularla kaplanmış NMC811 katotları kullanın. Fransız diyaframının uygulanması, hücre seviyesinde termal kaçakları bastırmak için seramik bir diyafram sunar.
OEM'ler için pilin güvenliğine dikkat etmek yeterli olmaktan uzaktır. Akünün kendi sorunlarına ek olarak, akü elektrik bağlantısı, mekanik güvenlik, şarj bağlantısı, günlük kullanım sorunları ve sorunların hızlı bir şekilde ele alınması elektrikli araç güvenliğinin özüdür.
OEM'un güç pil güvenlik koruma sistemi dört açıdan tasarlanmış ve doğrulanmıştır: monomer, modül, BMS ve sistem. Bir yandan, pil üreticileri, tasarım ve üretim bağlantılarından güvenliği kendileri sağlar. Öte yandan, OEM'ler mekanik, elektriksel ve termal güvenliği, güvenlik açıklığı, kuvvet tasarımı ve koruma gibi modül güvenliği perspektifinden değerlendirir.
Montaj yapısı açısından, OEM'ler aracın çeşitli çalışma koşullarını, ayrıca soğutma boru hatlarını, yeni soğutma teknolojilerini, termal kaçaklara karşı erken uyarıyı ve yayılmanın önlenmesini dikkate almalıdır. Aynı zamanda aktif yangın söndürmeyi ve yangınların dış yapılar aracılığıyla nasıl söndürüleceğini de düşünmelidirler.
OEM'ler genellikle pil paketi güvenliğinin tasarımını sistem seviyesinden nasıl geliştireceklerini düşünürler. Pozitif ve negatif elektrot malzemeleri, elektrolitler, diyaframlar, yapısal tasarım, soğutma, termal yönetim ve grup sonrası PACK'in ihtiyati uyarıları OEM analizinin nesneleridir.
Lityum pillerin güvenliği, malzemelerden üretime ve uygulamalara kadar tüm yönleri içeren büyük bir konudur. Elektrikli araçların termal güvenliğini sağlamak, termal kaçak mekanizmasını analiz etmek ve termal kaçak oluşumunu geciktirmek için yeni teknolojileri keşfetmek için OEM'ler, pil fabrikaları ve test kurumlarının işbirliğini gerektirir.
Katı hal pillerin farklı sesleri
Elektrikli araçların ileriye doğru hareket etmesi, güç pillerinin özgül enerji standardının geriye gitmeyeceğini gösterir. Yüksek potansiyelli pozitif ve negatif malzemelerin uygulanması bir trend haline geldi ve pil fabrikalarının teknik rotalarında NCM811 ve silikon karbon anotlar giderek daha fazla ortaya çıkıyor. Ancak yangın riski hala yüksek nikel pillerin uygulanmasını tehdit ediyor. Bu nedenle, pil üreticileri ve OEM'ler, belirli enerji ve güvenlik arasındaki denge sorununu çözmeyi umarak dikkatlerini alev geciktirici, yüksek basınca dayanıklı katı hal elektrolitlerine çevirdiler.
Ancak, bu Çin-Japonya-Kore konferansında, Çinli ve Japon konukların katı hal pillerin araştırılması ve uygulanması konusundaki görüşleri çok farklıdır ve endüstrinin' katı hal piller hakkındaki doğal görüşlerine meydan okumaktadır. . Yüksek nikel güvenlikli çözüm sitesinin ortak çabalarına kıyasla, katı hal pil bölgesi farklılıklar içinde ilerliyor.
Japonya'nın 30 yıllık katı hal pil uzmanı Dr. Tadahiko Kubota, Japonya'nın eski Toyota ve Honda pil çekirdeği uzmanı Ogi Eiki, katı hal pil araştırmalarının mevcut durumu hakkındaki yorumları"kötümser" olarak tanımlanabilir. ;. Katı hal pillerin elektrikli araçlara uygulanması oldukça zordur. Öte yandan, Qingtao, Weilan, Huineng, Guoxuan Hi-Tech, Çin Bilimler Akademisi, Tongji Üniversitesi ve Şanghay Jiaotong Üniversitesi gibi yerli pil fabrikalarının tümü, katı hal piller üzerinde yorulmadan çalışıyor.
Japon uzmanların görüşleri şu şekilde özetlenebilir: Toyota Sulfide henüz araştırma ve geliştirme aşamasında ve mevcut teknoloji seviyesi ile seri üretim mümkün değil. Katı hal pilleri geliştirmenin asıl amacı, hibrit araçlar için pilleri azaltmaktı. Dış dünya, elektrikli araçlarda katı hal pillerin kullanıldığına yanlış bir şekilde inanmaktadır. Toyota'nın iç düşüncesi ile dış kamuoyu arasındaki fark budur.
Güvenlik açısından, katı hal pilleri lityum dendritleri de üretebilir ve güvenlik çok endişe vericidir. Ve güvenliğini değerlendirmek, elektrolitin yanıcı olup olmadığına karar verilemez. En önemli sorun, pozitif elektrot ile yüksek enerji yoğunluğuna sahip negatif elektrot arasındaki doğrudan temastır.
Tamamen katı hal piller, enerji yoğunluğunu artırabilir, bunun nedenlerinden biri, harici malzemelerin azaltılabilmesidir. Ancak bu, yalnızca katı hal pillerin karakteristik bir özelliği değildir.
Hızlı şarj açısından, Toyota'nın makalesi ve çoğu araştırmacı, tüm katı hal pillerinin hızlı şarj edilebileceğine dair herhangi bir kanıt doğrulamamıştır. Hepsi, şarj sırasında lityum dendritlerinin oluştuğunu söyledi. Tamamen katı hal pilleri ne kadar çok kişi anlarsa, o kadar hızlı şarj edilebileceğini inkar ederler.
Toyota'nın son on yıldaki patentlerinin çoğu empedansla ilgilidir. On yıldan beri bu problem üzerinde çalışıyor ve hala büyük bir problem.
Yerli pil fabrikalarının görüşleri: Gerçek yangınların yayılması, doğrudan organik sıvı elektrolitlerle ilgilidir. Polimerlerden seramik elektrolitlere kadar değişen katı elektrolitler, pil güvenliğini değişen derecelerde artırabilir. Güvenlik ve enerji yoğunluğu açısından, katı hal piller geçmişte geleneksel geleneksel lityum iyon pillere kıyasla iyileştirildi. Buradaki öncül, arayüz sorununu çözmek için iyi bir teknolojiye sahip olmamız ve katı elektrolitin pil tasarımına uyum sağlayabilmesini ve yüksek oranlı Enerji pili gereksinimlerini karşılamasını sağlamamız gerektiğidir.
Katı hal pillerin bazı yönlerden avantajları olduğuna inanıyoruz. Diyafram ve elektrolit katı maddelerle değiştirildiğinde daha yüksek güvenliğe sahip olacaktır. Tüm sistemin güvenlik eşiği artırıldığında, bu sistem lityum metal negatif elektrotlar gibi yüksek potansiyelli pozitif ve negatif malzemeleri kullanabilir ve gelecekte daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahip olacaktır.
Mevcut düşünce, mevcut lityum pil ekipmanı ve lityum pil teknolojisi ile mümkün olduğunca uyumlu olmak ve maliyeti mümkün olduğunca azaltmaktır. Katı hal piller, yüksek enerji yoğunluğuna ve yüksek güvenliğe sahip olduklarından, bazı özel durumlarda ilk önce kullanılabilirler.
Katı hal pillerin enerji yoğunluğu avantajı, hücre düzeyinde nispeten açık değildir ve PACK düzeyinde daha belirgindir. 2021 yılına kadar katı hal pilleri, daha yüksek kullanım oranlarına sahip aktif malzemeler kullanacak ve hücre seviyesindeki enerji yoğunluğu, sıvı pillerinkiyle aynı olacak ve daha sonra kademeli olarak aşılacaktır.
Yurt içi ve yurt dışı uzmanların katı hal pillerin enerji yoğunluğu ve güvenliği konusunda anlaşmazlıkları olsa da, temelde katı hal pillerin ticari uygulamasının sıvı pillerin bazı eksikliklerini gidermek için uzun bir süreç olduğuna inanıyorlar. Bu nedenle, katı hal pilleri önce motosiklet ve tüketici elektroniği alanlarından ithal edilebilir ve daha sonra güvenlik, performans ve maliyet olmak üzere üç boyut olgunlaştığında elektrikli araç alanına girebilir.
