Is-sigurtà għolja tal-batterija tal-litju tan-nikil saret kunsens, iżda l-batteriji tal-litju tal-istat solidu issa huma maqsuma
Suq tal-vetturi elettriċi li jirrispetta d-densità tal-enerġija ġab sfidi kbar għas-sikurezza tal-pakketti tal-batteriji u l-vetturi kompluti. Fl-2018, kien hemm 52 inċident tas-sigurtà għal kull miljun vettura elettrika fiċ-Ċina. F'termini ta 'xeni, l-iċċarġjar, is-sewqan, u l-ipparkjar huma kollha xeni fejn iseħħu inċidenti ta' sikurezza.
Jekk ir-raġunijiet jiġu analizzati, 58% tal-inċidenti tan-nar huma kkawżati minn runaway termali tal-batteriji tal-litju. Kważi 90% tar-runaway termali huwa kkawżat minn short circuits. Fil-livell taċ-ċellula, il-materjali pożittivi u negattivi, l-elettrolit u d-dijaframma huma l-fjus dirett għal runaway termali. Wara r-raggruppament, kif irażżan id-diffużjoni termali fid-disinn strutturali, it-tkessiħ u l-kontroll elettriku huwa relatat ma 'jekk ir-riskju ta' runaway termali jistax jitnaqqas jew maħnuq.
Mis-16 sas-17 ta' Ottubru, 2019, il-Konferenza tat-Teknoloġija tal-Batterija tal-Vetturi tal-Enerġija Ġdida tal-Ġenerazzjoni Ġdida tal-2019 Ċina-Ġappun-Korea saret f'Shanghai. Il-konferenza hija maqsuma f'żewġ fora, is-suġġetti huma s-sigurtà u s-soluzzjonijiet termali tal-batterija u t-teknoloġija ewlenija tal-batterija fi stat solidu u l-isfidi tal-industrijalizzazzjoni.
Forum 1, OEMs, kumpaniji tal-batteriji tal-enerġija, universitajiet magħrufa sew, laboratorji, u istituzzjonijiet tal-ittestjar se jiddiskutu l-kawżi u s-soluzzjonijiet għal runaway termali ta 'batteriji ta' nikil għoli hekk kif il-livell speċifiku tal-enerġija tal-batteriji tal-enerġija jkompli jiżdied. Forum 2 huwa dwar l-analiżi ta 'rotot differenti tat-teknoloġija tal-batterija ta' stat solidu u status quo.
Sistema biex tara s-sigurtà termali
Iċ-ċiklu tal-ħajja sħiħ ta 'batterija tal-enerġija jibda mill-għażla tas-sistema tal-materjal, sat-tlestija taċ-ċellula tal-batterija, l-iffurmar ta' moduli u PAKKETTI, il-ġestjoni tal-batterija wara l-installazzjoni u l-applikazzjoni, għall-użu fit-tħaddim tal-vettura.
Il-kawża ewlenija ta 'runaway termali hija ċ-ċellula tal-batterija. L-elettrodi pożittivi u negattivi huma l-& quot;fjus" u l-elettrolit huwa l-& quot;ħażna tal-karburant". Jeħtieġ biss"spark" li tikkawża runaway termali jew nar.
& quot;Sparks" jew jiġu minn ġewwa taċ-ċellula jew jinqalgħu minn barra. Fatturi interni jirreferu prinċipalment għal fatturi instabbli ġġenerati matul id-disinn u l-manifattura tal-batterija; fatturi esterni jirreferu prinċipalment għal raġunijiet ikkawżati minn persunal u kundizzjonijiet esterni waqt it-trasport tal-batterija, l-installazzjoni, u l-operat u l-manutenzjoni.
Il-falliment tas-sigurtà termali tal-batterija huwa prinċipalment ikkawżat minn sħana żejda lokali, li tikkawża ċirkwit qasir ġewwa l-batterija, jew ċirkwit qasir mikro jikkawża ħsara lid-dijaframma tal-batterija u ċirkwit qasir ta 'żona akbar.
Il-batteriji tal-jone tal-litju ġew imtejba minn NCM111 u NCM523 għal NCM622 u NCM811. Il-kontenut tan-nikil tal-materjal ternarju tal-elettrodu pożittiv ikompli jiżdied, it-temperatura tar-rilaxx tal-ossiġnu tkompli tonqos, u l-istabbiltà termali tal-materjal tal-elettrodu pożittiv qed tmur għall-agħar u agħar. It-tnaqqis fit-temperatura tar-rilaxx tal-ossiġnu jfisser li l-batterija tal-litju hija aktar reżistenti għas-sħana. Hekk kif it-temperatura tiżdied, il-materjal tal-elettrodu pożittiv jinbidel minn struttura f'saffi għal struttura spinel, u mbagħad jifforma melħ tal-blat u jirrilaxxa ossiġnu attiv. It-tkabbir tal-melħ tal-blat u r-rilaxx tal-ossiġnu huma l-problemi fundamentali kkawżati minn runaway termali.
L-abbuż elettrokimiku huwa l-aktar problema ta 'uġigħ ta' ras għall-fabbriki taċ-ċelluli tal-batterija. Taħt kundizzjonijiet ta 'abbuż bħal xokk termali, ħlas żejjed u skariku eċċessiv, il-materjal attiv u l-elettrolit ġewwa l-batterija se jipproduċu dendriti tal-litju, li jtaqqbu d-dijaframma u jikkawżaw short circuit intern. L-evoluzzjoni tal-litju fl-elettrodu negattiv hija kawża ewlenija tat-tkabbir tad-dendriti tal-litju. Għalhekk, kif tipprevjeni d-dendriti tal-litju hija kwistjoni importanti.
Iċ-ċirkwit qasir ta 'l-elettrodi pożittivi u negattivi kkawżati mill-falliment tad-dijaframma huwa parti importanti ta' runaway termali. Meta l-film tas-sigurtà tal-film SEI jinqered, l-elettrolit jirreaġixxi mal-elettrodu biex jiġġenera s-sħana, li se jdub id-dijaframma. Barra minn hekk, l-ghadu li qed jiffaċċja d-dijaframma huwa d-dendriti tal-litju, li jheddu l-integrità u l-istabbiltà tiegħu.
Minbarra l-falliment tal-batterija ikkawżat minn short circuit intern, ħlas żejjed, tixjiħ tal-batterija, eċċ., Insuffiċjenza mekkanika taħt kundizzjonijiet estremi bħal short circuit estern, estrużjoni, nar, immersjoni, u ħabta simulata se jiġu kkonvertiti wkoll fi short circuit intern u jikkawżaw elettriku. falliment, li eventwalment se jwassal għal runaway termali .
Xi fallimenti u degradazzjonijiet tal-prestazzjoni li jistgħu jseħħu matul iċ-ċiklu tal-ħajja sħiħ tal-batterija'se jikkawżaw li l-batteriji jintużaw lil hinn mill-firxa ta 'użu sikur u jikkawżaw xi inċidenti ta' sikurezza.
Il-fabbrika tal-batterija u l-OEM jaħdmu flimkien
Il-kawżi interni u esterni ta 'runaway termali jeħtieġu l-kooperazzjoni tal-manifatturi tal-batteriji u l-OEMs biex jipprovdu soluzzjoni ġenerali, inklużi materjali pożittivi u negattivi, separaturi, elettrolit, ġestjoni tal-batterija, u disinn tal-istruttura tal-PAKKETT.
Għall-fabbriki tal-batteriji, fittex elettroliti ritardanti tal-fjammi bi pressjoni għolja u reżistenti għat-temperatura għolja, materjali ta 'katodu ta' kristall wieħed reżistenti għal temperatura għolja, materjali ta 'anodi li jinibixxu d-dendriti tal-litju, jew uża katodi NMC811 miksija b'safeners biex ittejjeb in-nixfa. L-applikazzjoni tad-dijaframma Franċiża tintroduċi dijaframma taċ-ċeramika biex trażżan runaway termali fil-livell taċ-ċellula.
Għall-OEMs, li tingħata attenzjoni għas-sigurtà tal-batterija nnifisha hija 'l bogħod milli biżżejjed. Minbarra l-problemi tal-batterija nnifisha, il-konnessjoni elettrika tal-batterija, is-sigurtà mekkanika, il-konnessjoni tal-iċċarġjar, il-problemi tal-użu ta 'kuljum, u l-immaniġġjar rapidu tal-problemi huma l-qalba tas-sikurezza tal-vetturi elettriċi.
Is-sistema ta 'protezzjoni tas-sikurezza tal-batterija tal-enerġija tal-OEM' hija ddisinjata u vverifikata minn erba' aspetti: monomeru, modulu, BMS u sistema. Min-naħa waħda, il-manifatturi tal-batteriji nfushom jiżguraw is-sigurtà mir-rabtiet tad-disinn u l-manifattura. Min-naħa l-oħra, l-OEMs iqisu s-sigurtà mekkanika, elettrika u termali mill-perspettiva tas-sikurezza tal-moduli, bħal tneħħija tas-sigurtà, disinn tal-forza u protezzjoni.
F'termini ta 'struttura ta' assemblaġġ, l-OEMs għandhom jikkunsidraw diversi kundizzjonijiet operattivi tal-vettura, kif ukoll pajpijiet tat-tkessiħ, teknoloġiji ġodda ta 'tkessiħ, twissija bikrija ta' runaway termali, u non-proliferazzjoni. Fl-istess ħin, għandhom jikkunsidraw it-tifi tan-nar attiv u kif jitfu n-nirien permezz ta 'strutturi esterni.
L-OEMs ġeneralment jaħsbu dwar kif itejbu d-disinn tas-sigurtà tal-pakkett tal-batteriji mil-livell tas-sistema. Kemm jekk huma materjali ta 'elettrodi pożittivi u negattivi, elettroliti, dijaframmi, id-disinn strutturali, tkessiħ, ġestjoni termali, u twissijiet ta' prekawzjoni tal-PAKKETT wara l-grupp huma l-oġġetti kollha ta 'analiżi OEM.
Is-sigurtà tal-batteriji tal-litju hija suġġett kbir, li jinvolvi l-aspetti kollha mill-materjali, il-produzzjoni sa l-applikazzjonijiet. L-iżgurar tas-sikurezza termali tal-vetturi elettriċi jeħtieġ il-kooperazzjoni tal-OEMs, il-fabbriki tal-batteriji u l-istituzzjonijiet tal-ittestjar biex janalizzaw il-mekkaniżmu ta 'runaway termali u jesploraw teknoloġiji ġodda biex idewmu l-okkorrenza ta' runaway termali.
Ħsejjes differenti ta 'batteriji ta' stat solidu
Il-moviment 'il quddiem tal-vetturi elettriċi jindika li l-istandard speċifiku tal-enerġija tal-batteriji tal-enerġija mhux se jmur lura. L-applikazzjoni ta 'materjali pożittivi u negattivi b'potenzjal għoli saret xejra, u NCM811 u anodi tal-karbonju tas-silikon qed jidhru dejjem aktar fir-rotot tekniċi tal-fabbriki tal-batteriji. Iżda r-riskju ta 'nar għadu jhedded l-applikazzjoni ta' batteriji għolja tan-nikil. Għalhekk, il-manifatturi tal-batteriji u l-OEMs dawru l-attenzjoni tagħhom għal elettroliti ta 'stat solidu reżistenti għall-fjammi, reżistenti għall-pressjoni għolja, bit-tama li jsolvu l-problema tal-bilanċ bejn l-enerġija speċifika u s-sigurtà.
Madankollu, f'din il-konferenza Ċina-Ġappun-Korea, il-fehmiet tal-mistednin Ċiniżi u Ġappuniżi dwar ir-riċerka u l-applikazzjoni ta 'batteriji ta' stat solidu huma differenti ħafna, u jisfida l-opinjonijiet inerenti tal-industrija' dwar batteriji ta 'stat solidu. . Relattiv għall-isforzi miftiehma tas-sit tas-soluzzjoni tas-sigurtà tan-nikil għoli, is-sit tal-batterija tal-istat solidu qed jimxi 'l quddiem fid-differenzi.
L-espert tal-batterija tal-istat solidu ta '30 sena tal-Ġappun Dr Tadahiko Kubota, l-ex-espert tal-qalba tal-batterija Toyota u Honda tal-Ġappun Ogi Eiki, kummenti dwar l-istat attwali tar-riċerka tal-batterija tal-istat solidu jistgħu jiġu deskritti bħala" pessimistiku" ;. Huwa pjuttost diffiċli li l-batteriji fi stat solidu jiġu applikati għal vetturi elettriċi. Min-naħa l-oħra, fabbriki domestiċi ta 'batteriji bħal Qingtao, Weilan, Huineng, Guoxuan Hi-Tech, l-Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi, Tongji University, u Shanghai Jiaotong University qed jaħdmu bla heda fuq batteriji solidi.
L-opinjonijiet tal-esperti Ġappuniżi jistgħu jinġabru fil-qosor kif ġej: Toyota Sulfide għadha fl-istadju ta 'riċerka u żvilupp, u l-produzzjoni tal-massa hija impossibbli bil-livell attwali tat-teknoloġija. L-intenzjoni oriġinali tagħha li tiżviluppa batteriji fi stat solidu kienet li tnaqqas il-batteriji għal vetturi ibridi. Id-dinja ta 'barra temmen bi żball li l-batteriji ta' stat solidu jintużaw f'vetturi elettriċi. Din hija d-differenza bejn il-ħsieb intern tat-Toyota'u l-opinjoni pubblika esterna.
F'termini ta 'sikurezza, batteriji ta' stat solidu jistgħu wkoll jipproduċu dendriti tal-litju, u s-sigurtà hija inkwetanti ħafna. U l-ġudizzju tas-sigurtà tiegħu ma jistax jiġi ġġudikat minn jekk l-elettrolit huwiex fjammabbli. L-iktar problema importanti hija l-kuntatt dirett bejn l-elettrodu pożittiv u l-elettrodu negattiv b'densità għolja ta 'enerġija.
Il-batteriji tal-istat solidu kollha jistgħu jżidu d-densità tal-enerġija, waħda mir-raġunijiet hija li l-materjali esterni jistgħu jitnaqqsu. Iżda din mhix biss karatteristika karatteristika tal-batteriji kollha ta 'stat solidu.
F'termini ta 'ċċarġjar veloċi, il-karta Toyota'u l-biċċa l-kbira tar-riċerkaturi ma kkonfermaw l-ebda evidenza li l-batteriji kollha ta' stat solidu jistgħu jiġu ċċarġjati malajr. Huma kollha qalu li d-dendriti tal-litju huma ffurmati waqt l-iċċarġjar. Iktar ma jkunu nies li jifhmu l-batteriji tal-istat solidu kollu, aktar jiċħdu li jistgħu jiġu ċċarġjati malajr.
Ħafna mill-privattivi tat-Toyota&fl-aħħar għaxar snin huma relatati mal-impedenza. Ilha tistudja din il-problema minn għaxar snin ilu, u għadha problema kbira.
Fehmiet ta 'fabbriki ta' batteriji domestiċi: It-tixrid ta 'nirien reali huwa direttament relatat ma' elettroliti likwidi organiċi. Elettroliti solidi li jvarjaw minn polimeri għal elettroliti taċ-ċeramika jistgħu jtejbu s-sigurtà tal-batterija fi gradi differenti. F'termini ta 'sikurezza u densità tal-enerġija, il-batteriji tal-istat solidu ġew imtejba meta mqabbla ma' batteriji tal-jone tal-litju tradizzjonali konvenzjonali fil-passat. Il-premessa hija li jrid ikollna teknoloġija tajba biex issolvi l-problema ta 'l-interface, u niżguraw li l-elettrolit solidu jista' jadatta għad-disinn tal-batterija u jissodisfa r-rekwiżiti tal-batterija ta 'l-Enerġija ta' proporzjon għoli.
Aħna nemmnu li l-batteriji ta 'stat solidu għandhom vantaġġi f'xi aspetti. Meta d-dijaframma u l-elettrolit jiġu sostitwiti b'sustanzi solidi, ikollu sigurtà ogħla. Meta jiżdied il-limitu tas-sigurtà tas-sistema kollha, din is-sistema tista 'tuża materjali pożittivi u negattivi b'potenzjal għoli, bħal elettrodi negattivi tal-metall tal-litju, u se jkollha densità ta' enerġija ogħla fil-futur.
Il-ħsieb attwali huwa li jkun kompatibbli mat-tagħmir eżistenti tal-batterija tal-litju u t-teknoloġija tal-batterija tal-litju kemm jista 'jkun, u biex titnaqqas l-ispiża kemm jista' jkun. Minħabba li l-batteriji ta 'stat solidu għandhom densità għolja ta' enerġija u sigurtà għolja, jistgħu jintużaw l-ewwel f'xi sitwazzjonijiet speċjali.
Il-vantaġġ tad-densità tal-enerġija tal-batteriji tal-istat solidu mhuwiex relattivament ovvju fil-livell taċ-ċellula, u huwa aktar prominenti fil-livell tal-PAKKETT. Sal-2021, batteriji ta 'stat solidu se jużaw materjali attivi b'rati ta' utilizzazzjoni ogħla, u d-densità tal-enerġija fil-livell taċ-ċellula se tkun l-istess bħal dik ta 'batteriji likwidi, u mbagħad taqbeżha gradwalment.
Għalkemm l-esperti domestiċi u barranin għandhom tilwim dwar id-densità tal-enerġija u s-sigurtà tal-batteriji tal-istat solidu, bażikament jemmnu li l-applikazzjoni kummerċjali tal-batteriji tal-istat solidu hija proċess twil sabiex issolvi xi wħud min-nuqqasijiet tal-batteriji likwidi. Għalhekk, batteriji ta 'stat solidu jistgħu jiġu importati mill-oqsma tal-motoċikletta u l-elettronika tal-konsumatur l-ewwel, u mbagħad jidħlu fil-qasam tal-vettura elettrika meta t-tliet dimensjonijiet tas-sigurtà, il-prestazzjoni u l-ispiża jkunu maturi.
