2.1 Testy nadużyć
Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC), Underwriters Laboratories (UL) i Japan Battery Association (JSBA) początkowo zdefiniowały test nadużyć dla ogniw elektroniki użytkowej, symulując ekstremalne warunki, jakie mogą napotkać ogniwa podczas pracy, zwykle podzielone na nadużycia termiczne, elektryczne i nadużycia mechaniczne. Powszechnym nadużyciem termicznym jest test gorącej skrzynki, nadużycia elektryczne obejmują eksperymenty z przeładowaniem i zewnętrznymi zwarciami, a nadużycia mechaniczne obejmują akupunkturę, wytłaczanie, wstrząsy i wibracje. Standardy korporacyjne i branżowe ogólnie opisują reakcję baterii na testy nadużycia jako brak zmian, wycieki, spalenie, wybuchy itp. Temperaturę, gaz i reakcje na nadużycia można również rejestrować w oparciu o dodatkowe czujniki i systemy wykrywania. Standardem, w którym bateria przechodzi test nadużycia, jest to, że nie pali się ani nie eksploduje. Ponieważ test nadużycia jest skierowany do komercyjnych gotowych ogniw i jest zbliżony do rzeczywistych warunków użytkowania, obecnie jest bardziej standardem testu bezpieczeństwa dla przemysłu baterii niż metodą badawczą.

2.2 Test EV-ARC
Wczesny ARC nadawał się jedynie do badania niestabilności termicznej niewielkiej liczby próbek materiałów. Feng i in. opracowali metodę wykorzystania EV-ARC do badania adiabatycznego zachowania termicznego ogniw o dużej objętości. Zasadę i wnioski z metody badawczej przedstawiono na rysunku 6. Komora grzewcza ARC jest większa, dlatego wymagana jest bardziej precyzyjna technologia kontroli temperatury i bardziej rygorystyczny schemat kalibracji. W oparciu o test EV-ARC można ilościowo skalibrować charakterystyczne temperatury T1, T2 i T3 niekontrolowanej temperatury ogniwa, odpowiadające początkowej temperaturze samonagrzewania ogniwa, początkowej temperaturze niekontrolowanej temperatury ogniwa. odpowiednio do ogniwa i maksymalnej temperatury ogniwa. Bezpieczeństwo zapewnia dokładniejszy i ilościowy wskaźnik oceny. Znormalizowane warunki testowe mogą pomóc w stworzeniu ujednoliconej i niezawodnej bazy danych zachowania niestabilności termicznej komórek i przeanalizowaniu mechanizmu niekontrolowanego wpływu termicznego komórek w różnych systemach. Problemy te są trudne do ilościowej weryfikacji w konwencjonalnych testach nadużyć.

W porównaniu ze zwykłymi eksperymentami z nadużywaniem ogrzewania, temperatura środowiska eksperymentalnego EV-ARC jest precyzyjnie kontrolowana przez program, a uzyskane wyniki testów charakteryzują się lepszą powtarzalnością i wyższą interpretacją danych. W ostatnich latach stała się ważnym czynnikiem w ocenie i badaniu bezpieczeństwa komórek. oznacza. Jednak adiabatyczne, niestabilne środowisko termiczne symulowane przez EV-ARC wciąż różni się od rzeczywistego stanu nadużywania baterii. Aby ocenić rzeczywiste bezpieczeństwo ogniwa baterii, nadal potrzebna jest duża liczba metod testowych symulujących rzeczywiste ciężkie warunki.

2.3 Technologia szybkiego obrazowania
Aby bardziej intuicyjnie zrozumieć ewolucję materiałów i struktur wewnątrz baterii podczas niestabilności termicznej, naukowcy opracowali metodę transmisyjnej mikroskopii rentgenowskiej (TXM), która łączy termometrię w podczerwieni i akupunkturę in situ z funkcjami pomocniczymi, takimi jak: 7(a) do (c). Ze względu na niestabilność termiczną gwałtowne reakcje często występują w bardzo krótkim czasie, którym towarzyszą gwałtowne zmiany fazowe i strukturalne. Ta cecha nakłada dość wysokie wymagania dotyczące rozdzielczości czasowej na metodę charakteryzowania TXM. Liczba fotoelektronów rentgenowskich, które mogą być emitowane przez laboratoryjne źródła światła X, jest ograniczona, a zebranie zestawu danych obrazowych TXM zajmuje dużo czasu.

Ponieważ mapa projekcji transmisyjnej może odzwierciedlać dwuwymiarowe informacje tylko w określonym kierunku, aby dokładnie określić ilościowo rozkład materii w rzeczywistej trójwymiarowej przestrzeni, wymagana jest technologia obrazowania komputerowego (tomografia komputerowa, tomografia komputerowa). Na podstawie każdych 500 rekonstrukcji TXM, jeden wynik rentgenowski CT może osiągnąć 2,5 klatki na sekundę, realizując obrazowanie wewnętrznego rozkładu przestrzennego baterii z określoną rozdzielczością czasową. Wyniki CT pozwalają wyraźnie zobaczyć zmiany materiałów baterii na różnych etapach procesu niekontrolowanej temperatury, takie jak uszkodzenie warstwy aktywnego materiału elektrody, topienie i ponowne aglomerowanie miedzianego kolektora prądu itp.

W połączeniu z obrazami projekcyjnymi uzyskanymi za pomocą technologii TXM i wynikami szybkiego tomografii rentgenowskiej, możliwe jest jasne zrozumienie zachowań awaryjnych, takich jak reakcja, wytwarzanie gazu i uszkodzenia strukturalne różnych materiałów w różnych pozycjach wewnątrz akumulatora podczas niekontrolowany proces termiczny. Z drugiej strony eksperymenty in situ, takie jak akupunktura, ogrzewanie podczerwienią, wytłaczanie i rozciąganie, mogą pomóc w badaniu i zrozumieniu różnych makroskopowych zachowań akumulatorów.

3 Badania bezpieczeństwa termicznego systemu
Bezpieczeństwo systemu baterii jest obecnie najbardziej bezpośrednim problemem, z jakim boryka się zastosowanie baterii litowych. Obecnie nie da się całkowicie uniknąć niestabilności cieplnej ogniw komercyjnych. Zapobieganie niekontrolowanej ekspansji termicznej na poziomie systemu jest możliwym rozwiązaniem bezpieczeństwa. Koszt przeprowadzenia badań eksperymentalnych na poziomie systemu jest wysoki, ale nieunikniony. Za pomocą symulacji projekt systemu można z wyprzedzeniem przewidzieć i zoptymalizować w celu zmniejszenia kosztów eksperymentu.

3.1 Niekontrolowana rozszerzalność cieplna i testowanie zagrożenia pożarowego
Koszt badań eksperymentalnych i ryzyko rozszerzalności cieplnej systemu baterii są stosunkowo wysokie. Główne metody to wywoływanie niestabilności termicznej ogniwa baterii poprzez ogrzewanie, przeładowanie i akupunkturę oraz stosowanie termopar kontaktowych, pomiaru temperatury w podczerwieni i innych metod do badania temperatury w baterii. Dystrybucja i zmiany w systemie, ta metoda może tylko uzyskać lokalne wielopunktowe informacje o ucieczce termicznej. Powyższe testy mogą ocenić bezpieczeństwo i ryzyko utraty kontroli nad dużymi akumulatorami na poziomie praktycznym, dostarczając ważnych informacji dla poprawy bezpieczeństwa, wczesnego ostrzegania, ochrony przeciwpożarowej i usuwania katastrof.

3.2 Badania gazów katastroficznych i projektowanie programów wczesnego ostrzegania
W procesie faktycznego użytkowania i awarii bezpieczeństwa akumulatorów skład i wytwarzanie gazów są ważnymi tematami badawczymi, które są ściśle związane z wczesnym ostrzeganiem o ucieczce termicznej akumulatora, eksplozji i rozprzestrzenianiu się ognia. Z natury materialnej, zgazowanie elektrolitu organicznego w akumulatorze i reakcje uboczne składników aktywnych w wysokiej temperaturze będą uwalniać gaz. Mieszany gaz wytworzony w warunkach ogrzewania można analizować za pomocą chromatografii gazowej ze spektrometrią mas, GC-MS), spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera, FT-IR) i innymi sposobami analizy składu. Obecnie te technologie wykrywania gazów są stosunkowo dojrzałe, ale w trakcie badań nad bezpieczeństwem,

4. Badania nad bezpieczeństwem akumulatorów litowych nowej generacji
Zapobieganie, wczesne ostrzeganie i przewidywanie bezpieczeństwa akumulatorów zależą od dogłębnego zrozumienia zależności między strukturą a aktywnością między systemem a ogniwem i niekontrolowaną temperaturą materiału. Przyglądając się incydentom pożaru baterii litowych, które przyciągnęły powszechną uwagę w ostatnich latach, większość z nich miała miejsce na początkowym etapie stosowania nowych technologii i nowych materiałów. Po wielu uwagach badania nad bezpieczeństwem tego systemu akumulatorów wzrosły. Histereza między badaniami nad bezpieczeństwem akumulatorów a badaniami elektrochemicznej wydajności akumulatorów jest charakterystyczną cechą badań nad bezpieczeństwem akumulatorów.

W celu spełnienia wymagań wysokiego bezpieczeństwa i wysokiej gęstości energii przyniesionej przez falę elektryfikacyjną, oczekuje się, że w akumulatorach litowo-jonowych zostaną zastosowane niepalne elektrolity lub elektrolity stałe, aby całkowicie rozwiązać problemy bezpieczeństwa akumulatorów i osiągnąć wysoką energię. gęstość. Jednak bezpieczeństwo baterii jest związane nie tylko ze stabilnością termiczną materiałów wewnątrz samej baterii, ale także z interakcją między materiałami a złożonym środowiskiem wewnątrz baterii.

Podsumowując, aby zapewnić bezpieczeństwo akumulatorów podczas opracowywania akumulatorów o wysokiej gęstości energii, naukowcy muszą jednocześnie jak najszybciej przeprowadzić prospektywną weryfikację bezpieczeństwa akumulatorów i badania, przy jednoczesnej optymalizacji wydajności elektrochemicznej ogniw. Tylko dzięki jasnemu i kompleksowemu zrozumieniu mechanizmu awarii termicznej baterii oraz czynników wpływających na bezpieczeństwo różnych wymiarów można skutecznie zapobiegać bezpieczeństwu baterii na etapie aplikacji. Rysunek 8 przedstawia cykl dojrzałości technologicznej nowych materiałów i technologii w dziedzinie baterii od badań podstawowych do produkcji masowej. Widać, że zastosowanie nowej technologii na dużą skalę wymaga ogromnych inwestycji w siłę roboczą i zasoby materiałowe, a osiągnięcie masowej produkcji zajmuje dziesięciolecia. Jednakże, weryfikacja bezpieczeństwa baterii jest często przeprowadzana, gdy bateria zbliża się do masowej produkcji i często ma na celu zaliczenie standardu testu bezpieczeństwa baterii, a systematyczne i dogłębne zrozumienie zachowania bezpieczeństwa jest niemożliwe, a mechanizm wewnętrzny jest ukryty zagrożenia dla przyszłych wypadków bezpieczeństwa. W przypadku wczesnego systemu akumulatorowego, ze względu na niską gęstość energii, problem bezpieczeństwa nie jest znaczący, a gęstość energii najnowszego ogniwa litowo-jonowego może osiągnąć ponad 300 W·h/kg, nowa technologia i nowy system ma wyższą gęstość energii. Te nowe technologie i systemy o wysokiej gęstości energii stoją w obliczu poważniejszych wyzwań związanych z bezpieczeństwem. Dlatego badania bezpieczeństwa i weryfikację baterii należy przeprowadzić jak najwcześniej, a baterię należy przeprowadzić jak najszybciej po podstawowym określeniu struktury komórki. Oczekuje się, że prace nad testami bezpieczeństwa i badaniami mechanizmów będą gotowe na wczesnym etapie rzeczywistej masowej produkcji, w celu poznania jej cech bezpieczeństwa i zachowania oraz zaprojektowania odpowiednich środków ochrony i wczesnego ostrzegania.

Obecnie nie ukończono budowy systemu materiałowego akumulatora chemicznego nowej generacji. Nowe materiały, które mogą być użyte w akumulatorze litowo-jonowym nowej generacji, obejmują materiały bogate w lit, bezlitowe materiały katodowe o dużej pojemności, materiały anodowe na bazie krzemu, materiały anodowe z litem metalicznym i elektrolity stałe. Itd., jeśli rozważy się użycie elektrod ujemnych z metalem litowym, epitaksja koncepcji baterii litowej może być dalej rozszerzona. Jednak z perspektywy doniesień akademickich niewiele jest doniesień na temat zachowania termicznego nowych materiałów i praktycznego bezpieczeństwa nowych systemów. Obecnie świadomość bezpieczeństwa większości nowych systemów baterii litowych jest wciąż na nieznanym lub wczesnym etapie. Metody badawcze omówione w niniejszym artykule mogą być wykorzystane nie tylko do badania bezpieczeństwa istniejących komercyjnych akumulatorów litowo-jonowych, ale także do zrozumienia stabilności termicznej nowych systemów materiałowych akumulatorów litowych z wyprzedzeniem z poziomu materiału oraz do przewidywania ich ogniw i systemy oparte na metodach symulacyjnych. Ma to istotne znaczenie przewodnie przy wyborze drogi technicznej akumulatorów litowych nowej generacji i zapewnieniu sprawnego wdrażania nowych technologii akumulatorów litowych o dużej gęstości energii. " Ma to istotne znaczenie przewodnie przy wyborze drogi technicznej akumulatorów litowych nowej generacji i zapewnieniu sprawnego wdrażania nowych technologii akumulatorów litowych o dużej gęstości energii. " Ma to istotne znaczenie przewodnie przy wyborze drogi technicznej akumulatorów litowych nowej generacji i zapewnieniu sprawnego wdrażania nowych technologii akumulatorów litowych o dużej gęstości energii. "