Keamanan baterai lithium nikel tinggi telah menjadi konsensus, tetapi baterai lithium solid-state sekarang dibagi
Pasar kendaraan listrik yang menghargai kepadatan energi telah membawa tantangan besar bagi keamanan paket baterai dan kendaraan lengkap. Pada 2018, ada 52 kecelakaan keselamatan per satu juta kendaraan listrik di China. Dalam hal adegan, pengisian daya, mengemudi, dan parkir adalah semua adegan di mana kecelakaan keselamatan terjadi.
Jika alasannya dianalisis, 58% kecelakaan kebakaran disebabkan oleh pelarian termal baterai lithium. Hampir 90% pelarian termal disebabkan oleh korsleting. Pada tingkat sel, bahan positif dan negatif, elektrolit, dan diafragma adalah sekering langsung untuk pelarian termal. Setelah pengelompokan, bagaimana menekan difusi termal dalam desain struktural, pendinginan, dan kontrol listrik terkait dengan apakah risiko pelarian termal dapat dikurangi atau ditahan.
Dari 16 hingga 17 Oktober 2019, Konferensi Teknologi Baterai Kendaraan Energi Baru Generasi Baru China-Jepang-Korea 2019 diadakan di Shanghai. Konferensi ini dibagi menjadi dua forum, topiknya adalah keamanan dan solusi termal baterai dan teknologi kunci baterai solid-state dan tantangan industrialisasi.
Forum 1, OEM, perusahaan baterai listrik, universitas terkenal, laboratorium, dan lembaga pengujian akan membahas penyebab dan solusi pelarian termal baterai nikel tinggi karena tingkat energi spesifik baterai daya terus meningkat. Forum 2 adalah tentang analisis rute teknologi baterai solid-state yang berbeda dan status quo.
Sistem untuk melihat keamanan termal
Siklus hidup penuh baterai daya dimulai dari pemilihan sistem material, hingga penyelesaian sel baterai, pencetakan modul dan PACK, manajemen baterai setelah pemasangan dan aplikasi, hingga penggunaan dalam pengoperasian kendaraan.
Akar penyebab pelarian termal adalah sel baterai. Elektroda positif dan negatif adalah"fuse" dan elektrolitnya adalah"penyimpanan bahan bakar". Itu hanya membutuhkan"spark" menyebabkan pelarian termal atau kebakaran.
& quot;Sparks" berasal dari dalam sel atau muncul dari luar. Faktor internal terutama mengacu pada faktor tidak stabil yang dihasilkan selama desain dan pembuatan baterai; faktor eksternal terutama mengacu pada alasan yang disebabkan oleh personel dan kondisi eksternal selama pengangkutan, pemasangan, dan pengoperasian serta pemeliharaan baterai.
Kegagalan keamanan termal baterai terutama disebabkan oleh panas berlebih lokal, yang menyebabkan korsleting di dalam baterai, atau korsleting mikro menyebabkan kerusakan pada diafragma baterai dan korsleting area yang lebih besar.
Baterai lithium-ion telah ditingkatkan dari NCM111 dan NCM523 menjadi NCM622 dan NCM811. Kandungan nikel bahan terner elektroda positif terus meningkat, suhu pelepasan oksigen terus turun, dan stabilitas termal bahan elektroda positif semakin buruk. Penurunan suhu pelepasan oksigen berarti baterai lithium lebih tahan panas. Saat suhu meningkat, bahan elektroda positif berubah dari struktur berlapis menjadi struktur spinel, dan kemudian membentuk garam batu dan melepaskan oksigen aktif. Pertumbuhan garam batu dan pelepasan oksigen adalah masalah mendasar yang disebabkan oleh pelarian termal.
Penyalahgunaan elektrokimia adalah masalah yang paling memusingkan bagi pabrik sel baterai. Dalam kondisi penyalahgunaan seperti thermal shock, overcharge, dan overdischarge, bahan aktif dan elektrolit di dalam baterai akan menghasilkan dendrit lithium, yang menembus diafragma dan menyebabkan korsleting internal. Evolusi litium pada elektroda negatif merupakan penyebab utama pertumbuhan dendrit litium. Oleh karena itu, bagaimana mencegah dendrit lithium adalah masalah penting.
Hubungan pendek elektroda positif dan negatif yang disebabkan oleh kegagalan diafragma merupakan bagian penting dari pelarian termal. Ketika film pengaman film SEI dihancurkan, elektrolit bereaksi dengan elektroda untuk menghasilkan panas, yang akan melelehkan diafragma. Selain itu, musuh yang dihadapi diafragma adalah dendrit lithium, yang mengancam integritas dan stabilitasnya.
Selain kegagalan baterai yang disebabkan oleh korsleting internal, pengisian berlebih, penuaan baterai, dll., kegagalan mekanis dalam kondisi ekstrem seperti korsleting eksternal, ekstrusi, kebakaran, pencelupan, dan tabrakan simulasi juga akan diubah menjadi korsleting internal dan menyebabkan listrik kegagalan, yang pada akhirnya akan menyebabkan pelarian termal.
Beberapa kegagalan dan penurunan kinerja yang mungkin terjadi selama siklus hidup penuh baterai' akan menyebabkan baterai digunakan di luar rentang penggunaan yang aman dan menyebabkan beberapa kecelakaan keselamatan.
Pabrik baterai dan OEM bekerja sama
Penyebab internal dan eksternal pelarian termal memerlukan kerja sama dari produsen baterai dan OEM untuk memberikan solusi keseluruhan, termasuk bahan positif dan negatif, pemisah, elektrolit, manajemen baterai, dan desain struktur PACK.
Untuk pabrik baterai, carilah elektrolit tahan api bertekanan tinggi dan tahan suhu tinggi, bahan katoda kristal tunggal tahan suhu tinggi, bahan anoda yang menghambat dendrit lithium, atau gunakan katoda NMC811 yang dilapisi dengan pengaman untuk meningkatkan kekeringan. Penerapan diafragma Prancis memperkenalkan diafragma keramik untuk menekan pelarian termal di tingkat sel.
Untuk OEM, memperhatikan keamanan baterai itu sendiri masih jauh dari cukup. Selain masalah baterai itu sendiri, sambungan listrik baterai, keamanan mekanis, sambungan pengisian daya, masalah penggunaan sehari-hari, dan penanganan masalah yang cepat adalah inti dari keselamatan kendaraan listrik.
Sistem perlindungan keamanan baterai daya OEM' dirancang dan diverifikasi dari empat aspek: monomer, modul, BMS, dan sistem. Di satu sisi, produsen baterai sendiri memastikan keamanan dari desain dan tautan manufaktur. Di sisi lain, OEM mempertimbangkan keselamatan mekanik, listrik, dan termal dari perspektif keselamatan modul, seperti izin keselamatan, desain gaya, dan perlindungan.
Dalam hal struktur perakitan, OEM harus mempertimbangkan berbagai kondisi operasi kendaraan, serta pipa pendingin, teknologi pendinginan baru, peringatan dini pelarian termal, dan non-proliferasi. Pada saat yang sama, mereka harus mempertimbangkan pemadaman api aktif dan cara memadamkan api melalui struktur eksternal.
OEM umumnya berpikir tentang bagaimana meningkatkan desain keamanan paket baterai dari tingkat sistem. Apakah itu bahan elektroda positif dan negatif, elektrolit, diafragma, desain struktural, pendinginan, manajemen termal, dan peringatan kehati-hatian PACK setelah grup adalah semua objek analisis OEM.
Keamanan baterai lithium adalah topik besar, yang melibatkan semua aspek mulai dari bahan, produksi hingga aplikasi. Memastikan keamanan termal kendaraan listrik memerlukan kerja sama OEM, pabrik baterai, dan lembaga pengujian untuk menganalisis mekanisme pelarian termal dan mengeksplorasi teknologi baru untuk menunda terjadinya pelarian termal.
Suara berbeda dari baterai solid-state
Gerakan maju kendaraan listrik menunjukkan bahwa standar energi spesifik baterai listrik tidak akan mundur. Penerapan bahan positif dan negatif berpotensi tinggi telah menjadi tren, dan anoda karbon NCM811 dan silikon semakin banyak muncul di rute teknis pabrik baterai. Namun risiko kebakaran masih mengancam aplikasi baterai nikel tinggi. Oleh karena itu, produsen baterai dan OEM telah mengalihkan perhatian mereka ke elektrolit solid-state tahan api dan tahan tekanan tinggi, dengan harapan dapat memecahkan masalah keseimbangan antara energi dan keselamatan spesifik.
Namun, pada konferensi China-Jepang-Korea ini, pandangan tamu China dan Jepang tentang penelitian dan penerapan baterai solid-state sangat berbeda, menantang pandangan industri' yang melekat pada baterai solid-state . Sehubungan dengan upaya bersama dari situs solusi keselamatan nikel tinggi, situs baterai solid-state bergerak maju dalam perbedaan.
Pakar baterai solid-state Jepang selama 30 tahun Dr. Tadahiko Kubota, mantan pakar inti baterai Toyota dan Honda Jepang Ogi Eiki, mengomentari kondisi penelitian baterai solid-state saat ini dapat digambarkan sebagai"pesimis" ;. Baterai solid-state cukup sulit diaplikasikan pada kendaraan listrik. Di sisi lain, pabrik baterai domestik seperti Qingtao, Weilan, Huineng, Guoxuan Hi-Tech, Chinese Academy of Sciences, Tongji University, dan Shanghai Jiaotong University semuanya bekerja tanpa lelah pada baterai solid-state.
Pendapat para ahli Jepang dapat diringkas sebagai berikut: Toyota Sulfide masih dalam tahap penelitian dan pengembangan, dan produksi massal tidak mungkin dengan tingkat teknologi saat ini. Niat awalnya mengembangkan baterai solid-state adalah untuk mengurangi baterai untuk kendaraan hibrida. Dunia luar secara keliru percaya bahwa baterai solid-state digunakan dalam kendaraan listrik. Inilah perbedaan antara pemikiran internal Toyota' dan opini publik eksternal.
Dalam hal keamanan, baterai solid-state juga dapat menghasilkan dendrit lithium, dan keamanannya sangat mengkhawatirkan. Dan menilai keamanannya tidak dapat dinilai dari apakah elektrolitnya mudah terbakar. Masalah yang paling penting adalah kontak langsung antara elektroda positif dan elektroda negatif dengan kepadatan energi yang tinggi.
Baterai all-solid-state dapat meningkatkan kepadatan energi, salah satu alasannya adalah bahan eksternal dapat dikurangi. Tapi ini bukan hanya karakteristik karakteristik baterai semua solid-state.
Dalam hal pengisian cepat, makalah Toyota' dan sebagian besar peneliti belum mengkonfirmasi bukti bahwa semua baterai solid-state dapat diisi dengan cepat. Mereka semua mengatakan bahwa dendrit lithium terbentuk selama pengisian. Semakin banyak orang yang memahami baterai solid-state, semakin mereka menyangkal bahwa baterai dapat diisi dengan cepat.
Sebagian besar paten Toyota's dalam dekade terakhir terkait dengan impedansi. Telah mempelajari masalah ini sejak sepuluh tahun yang lalu, dan itu masih menjadi masalah besar.
Pemandangan pabrik baterai domestik: Penyebaran kebakaran nyata secara langsung berkaitan dengan elektrolit cair organik. Elektrolit padat mulai dari polimer hingga elektrolit keramik dapat meningkatkan keamanan baterai hingga berbagai tingkat. Dalam hal keamanan dan kepadatan energi, baterai solid-state telah ditingkatkan dibandingkan dengan baterai lithium-ion konvensional di masa lalu. Premisnya adalah bahwa kita harus memiliki teknologi yang baik untuk memecahkan masalah antarmuka, dan memastikan bahwa elektrolit padat dapat beradaptasi dengan desain baterai dan memenuhi persyaratan baterai Energi rasio tinggi.
Kami percaya bahwa baterai solid-state memang memiliki keunggulan dalam beberapa aspek. Ketika diafragma dan elektrolit diganti dengan zat padat, itu akan memiliki keamanan yang lebih tinggi. Ketika ambang batas keamanan seluruh sistem meningkat, sistem ini dapat menggunakan bahan positif dan negatif berpotensi tinggi, seperti elektroda negatif logam lithium, dan akan memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi di masa depan.
Pemikiran saat ini adalah agar kompatibel dengan peralatan baterai lithium yang ada dan teknologi baterai lithium sebanyak mungkin, dan untuk mengurangi biaya sebanyak mungkin. Karena baterai solid-state memiliki kepadatan energi yang tinggi dan keamanan yang tinggi, baterai tersebut dapat digunakan terlebih dahulu dalam beberapa situasi khusus.
Keuntungan kepadatan energi baterai solid-state relatif tidak jelas pada tingkat sel, dan lebih menonjol pada tingkat PACK. Pada tahun 2021, baterai solid-state akan menggunakan bahan aktif dengan tingkat pemanfaatan yang lebih tinggi, dan kepadatan energi pada tingkat sel akan sama dengan baterai cair, dan kemudian secara bertahap melampauinya.
Meskipun ahli dalam dan luar negeri memiliki perselisihan tentang kepadatan energi dan keamanan baterai solid-state, mereka pada dasarnya percaya bahwa aplikasi komersial baterai solid-state adalah proses yang panjang untuk memecahkan beberapa kekurangan baterai cair. Oleh karena itu, baterai solid-state dapat diimpor dari bidang sepeda motor dan elektronik konsumen terlebih dahulu, dan kemudian memasuki bidang kendaraan listrik ketika tiga dimensi keselamatan, kinerja, dan biaya telah matang.
