2.1 Kiểm tra lạm dụng
Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC), Phòng thí nghiệm bảo hành (UL) và Hiệp hội pin Nhật Bản (JSBA) ban đầu xác định thử nghiệm lạm dụng cho các tế bào điện tử tiêu dùng, mô phỏng các điều kiện khắc nghiệt mà các tế bào có thể gặp phải khi làm việc, thường được chia thành lạm dụng nhiệt, Điện và lạm dụng máy móc. Lạm dụng nhiệt phổ biến là thử nghiệm hộp nóng, lạm dụng điện bao gồm thí nghiệm phóng điện quá mức và đoản mạch bên ngoài, và lạm dụng cơ học bao gồm châm cứu, ép đùn, sốc và rung. Các tiêu chuẩn của công ty và công nghiệp thường mô tả phản ứng của pin đối với thử nghiệm lạm dụng là không thay đổi, rò rỉ, cháy, nổ, v.v. Các phản ứng về nhiệt độ, khí và điện áp khi lạm dụng cũng có thể được ghi lại dựa trên các cảm biến và hệ thống phát hiện bổ sung. Tiêu chuẩn để pin vượt qua bài kiểm tra lạm dụng là nó không bị cháy hoặc nổ. Vì thử nghiệm lạm dụng nhằm vào các tế bào thành phẩm thương mại và gần với điều kiện sử dụng thực tế, nên hiện nay nó là một tiêu chuẩn thử nghiệm an toàn cho ngành công nghiệp pin hơn là một phương pháp nghiên cứu.

2.2 Thử nghiệm EV-ARC
ARC ban đầu chỉ thích hợp để nghiên cứu hành vi thoát nhiệt của một số lượng nhỏ các mẫu vật liệu. Feng và cộng sự. đã phát triển một phương pháp sử dụng EV-ARC để nghiên cứu hành vi chạy nhiệt đoạn nhiệt của các tế bào có khối lượng lớn. Nguyên tắc và kết luận của phương pháp nghiên cứu được trình bày trong Hình 6. Buồng gia nhiệt của ARC lớn hơn, do đó cần phải có công nghệ kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn và sơ đồ hiệu chuẩn chặt chẽ hơn. Dựa trên thử nghiệm EV-ARC, các nhiệt độ đặc trưng T1, T2 và T3 của quá trình chạy nhiệt của tế bào có thể được hiệu chuẩn định lượng, tương ứng với nhiệt độ bắt đầu của quá trình tự gia nhiệt của tế bào, nhiệt độ bắt đầu của quá trình thoát nhiệt của tế bào và nhiệt độ tối đa của tế bào, tương ứng. An toàn cung cấp một chỉ số đánh giá chính xác và định lượng hơn. Các điều kiện thử nghiệm được tiêu chuẩn hóa có thể giúp thiết lập một cơ sở dữ liệu hành vi chạy nhiệt của tế bào thống nhất và đáng tin cậy, đồng thời phân tích cơ chế chạy trốn nhiệt của các tế bào trong các hệ thống khác nhau. Những vấn đề này rất khó để xác minh định lượng trong các bài kiểm tra lạm dụng thông thường.

So với các thí nghiệm lạm dụng hệ thống sưởi thông thường, nhiệt độ của môi trường thí nghiệm EV-ARC được chương trình kiểm soát chính xác và kết quả thử nghiệm thu được có độ lặp lại tốt hơn và khả năng diễn giải dữ liệu cao hơn. Trong những năm gần đây, nó đã trở thành một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá và nghiên cứu tính an toàn của tế bào. có nghĩa. Tuy nhiên, môi trường chạy nhiệt đoạn nhiệt được EV-ARC mô phỏng vẫn khác với tình trạng lạm dụng pin thực. Để đánh giá độ an toàn thực tế của tế bào pin, vẫn cần một số lượng lớn các phương pháp thử nghiệm mô phỏng các điều kiện khắc nghiệt thực sự.

2.3 Công nghệ hình ảnh tốc độ cao
Để hiểu một cách trực quan hơn sự tiến hóa của các vật liệu và cấu trúc bên trong pin trong quá trình di chuyển nhiệt, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp hiển vi tia X truyền qua (TXM) kết hợp nhiệt kế hồng ngoại và châm cứu tại chỗ với các chức năng phụ trợ như: 7 (a) đến (c). Do sự chạy trốn nhiệt, các phản ứng dữ dội thường xảy ra trong một khoảng thời gian rất ngắn, kèm theo những thay đổi về cấu trúc và giai đoạn dữ dội. Tính năng này đặt ra yêu cầu về độ phân giải theo thời gian khá cao đối với phương pháp mô tả đặc tính TXM. Số lượng quang điện tử tia X có thể được phát ra bởi các nguồn sáng X trong phòng thí nghiệm là có giới hạn và phải mất nhiều thời gian để thu thập một tập hợp dữ liệu hình ảnh TXM.

Vì bản đồ chiếu truyền chỉ có thể phản ánh thông tin hai chiều theo một hướng nhất định, nếu muốn định lượng chính xác sự phân bố của vật chất trong không gian ba chiều thực thì cần phải có công nghệ hình ảnh máy tính (chụp cắt lớp điện toán, CT). Dựa trên mỗi 500 lần tái tạo TXM, một kết quả CT tia X có thể đạt 2,5 khung hình / giây, nhận ra hình ảnh phân bố không gian bên trong của pin với độ phân giải thời gian nhất định. Kết quả CT có thể thấy rõ những thay đổi của vật liệu pin ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình chạy bằng nhiệt, chẳng hạn như hư hỏng lớp vật liệu hoạt động của điện cực, nóng chảy và tái kết tụ của bộ thu dòng đồng, v.v.

Kết hợp với hình ảnh chiếu thu được bằng công nghệ TXM và kết quả chụp X-quang CT tốc độ cao, có thể hiểu rõ các hành vi hư hỏng như phản ứng, sinh khí và hư hỏng cấu trúc của các vật liệu khác nhau tại các vị trí khác nhau bên trong pin trong quá trình quá trình thoát nhiệt. Mặt khác, các thí nghiệm tại chỗ như châm cứu, sưởi ấm bằng tia hồng ngoại, ép đùn và kéo giãn có thể giúp nghiên cứu và hiểu các hành vi hỏng hóc vĩ mô khác nhau của pin.

3 Nghiên cứu an toàn nhiệt hệ thống
Sự an toàn của hệ thống pin là vấn đề trực tiếp nhất mà ứng dụng của pin lithium phải đối mặt hiện nay. Hiện tại, không thể tránh được hoàn toàn sự chạy trốn nhiệt của các tế bào thương mại. Ngăn chặn hiện tượng giãn nở do nhiệt ở cấp độ hệ thống là một giải pháp an toàn khả thi. Chi phí cho việc thực hiện nghiên cứu thử nghiệm ở cấp độ hệ thống là cao, nhưng không thể tránh khỏi. Với sự hỗ trợ của mô phỏng, thiết kế hệ thống có thể được dự đoán và tối ưu hóa trước để giảm chi phí thử nghiệm.

3.1 Mở rộng đường chạy nhiệt và thử nghiệm nguy cơ cháy
Chi phí nghiên cứu thử nghiệm và rủi ro giãn nở nhiệt của hệ thống pin là tương đối cao. Các phương pháp chính là tạo ra sự thoát nhiệt của tế bào pin thông qua việc đốt nóng, sạc quá mức và châm cứu, đồng thời sử dụng cặp nhiệt điện tiếp xúc, đo nhiệt độ bằng tia hồng ngoại và các phương pháp khác để nghiên cứu nhiệt độ trong pin. Việc phân phối và những thay đổi trong hệ thống, phương pháp này chỉ có thể thu được thông tin về nhiệt chạy đa điểm cục bộ. Các thử nghiệm trên có thể đánh giá mức độ an toàn và rủi ro mất kiểm soát của các bộ pin lớn ở mức độ thực tế, cung cấp thông tin quan trọng để cải thiện an toàn, cảnh báo sớm, phòng cháy chữa cháy và xử lý thảm họa.

3.2 Nghiên cứu khí thiên tai và thiết kế chương trình cảnh báo sớm
Trong quá trình sử dụng thực tế và sự cố an toàn của ắc quy, thành phần và sự sinh khí là chủ đề nghiên cứu quan trọng, có liên quan mật thiết đến việc cảnh báo sớm hiện tượng thoát nhiệt, cháy nổ, cháy lan của ắc quy. Về bản chất vật chất, quá trình khí hóa chất điện phân hữu cơ trong pin và các phản ứng phụ ở nhiệt độ cao của các thành phần hoạt động sẽ giải phóng khí. Khí hỗn hợp được tạo ra trong điều kiện gia nhiệt có thể được phân tích bằng sắc ký khí-phổ khối phổ, GC-MS), quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (quang phổ hồng ngoại biến đổi fourier, FT-IR) và các phương tiện khác để phân tích thành phần. Hiện tại, các công nghệ phát hiện khí này đã tương đối hoàn thiện, nhưng trong quá trình nghiên cứu an toàn,

4. Nghiên cứu an toàn của pin lithium thế hệ tiếp theo
Phòng ngừa, cảnh báo sớm và dự đoán về mức độ an toàn của pin phụ thuộc vào sự hiểu biết sâu sắc về mối quan hệ cấu trúc-hoạt động từ hệ thống đến tế bào cho đến sự chạy trốn nhiệt của vật liệu. Nhìn vào các sự cố cháy pin lithium thu hút sự chú ý rộng rãi trong những năm gần đây, hầu hết đều xảy ra ở giai đoạn ứng dụng ban đầu của công nghệ mới và vật liệu mới. Sau khi được chú ý rộng rãi, các nghiên cứu về độ an toàn của hệ thống pin này đã tăng lên. Độ trễ giữa nghiên cứu an toàn pin và nghiên cứu hiệu suất điện hóa pin là một đặc điểm khác biệt của nghiên cứu an toàn pin.

Để đáp ứng các yêu cầu về độ an toàn cao và mật độ năng lượng cao do sóng điện hóa mang lại, người ta hy vọng rằng các chất điện phân không cháy hoặc chất điện phân rắn sẽ được sử dụng trong pin lithium-ion để giải quyết triệt để các vấn đề an toàn của pin và đạt được năng lượng cao. Tỉ trọng. Tuy nhiên, độ an toàn của pin không chỉ liên quan đến độ bền nhiệt của các vật liệu bên trong pin mà còn liên quan đến sự tương tác giữa các vật liệu và môi trường phức tạp bên trong pin.

Tóm lại, để đảm bảo an toàn cho pin trong khi phát triển pin mật độ năng lượng cao, các nhà nghiên cứu cần đồng thời thực hiện nghiên cứu và xác minh an toàn pin tiềm năng càng sớm càng tốt đồng thời tối ưu hóa hiệu suất điện hóa của tế bào. Chỉ bằng cách hiểu rõ ràng và toàn diện về cơ chế hư hỏng do nhiệt của pin và các yếu tố ảnh hưởng đến sự an toàn của các kích thước khác nhau mới có thể thực hiện được việc phòng ngừa an toàn hiệu quả cho pin trong giai đoạn ứng dụng. Hình 8 cho thấy chu kỳ trưởng thành về công nghệ của các vật liệu và công nghệ mới trong lĩnh vực pin từ nghiên cứu cơ bản đến sản xuất hàng loạt. Có thể thấy, việc áp dụng quy mô lớn một công nghệ mới đòi hỏi sự đầu tư rất lớn về nhân lực và vật lực, và phải mất hàng chục năm mới có thể sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, việc xác minh an toàn của pin thường được thực hiện khi pin gần được sản xuất hàng loạt, và nó thường nhằm mục đích vượt qua tiêu chuẩn kiểm tra an toàn của pin, và không thể hiểu một cách có hệ thống và sâu sắc về hành vi an toàn và cơ chế bên trong ẩn. những nguy hiểm cho những tai nạn về an toàn sau này. Đối với hệ thống pin ban đầu, do mật độ năng lượng thấp, vấn đề an toàn không nổi bật, và mật độ năng lượng của tế bào pin lithium-ion mới nhất có thể đạt hơn 300 W · h / kg, công nghệ mới và hệ thống mới có mật độ năng lượng cao hơn. Những công nghệ và hệ thống mới với mật độ năng lượng cao này đang phải đối mặt với những thách thức nghiêm trọng hơn về an toàn. Do đó, các bước nghiên cứu và xác minh độ an toàn của pin nên được thực hiện càng sớm càng tốt, và pin nên được tiến hành càng sớm càng tốt sau khi xác định cơ bản về cấu trúc của tế bào. Công việc nghiên cứu cơ chế và thử nghiệm an toàn dự kiến ​​sẽ sẵn sàng trong giai đoạn đầu của giai đoạn sản xuất hàng loạt thực sự, để tìm ra các đặc tính và hành vi an toàn của nó, đồng thời thiết kế các biện pháp bảo vệ và cảnh báo sớm tương ứng.

Hiện tại, hệ thống vật liệu của pin lưu trữ năng lượng hóa học thế hệ tiếp theo vẫn chưa được hoàn thiện. Các vật liệu mới có thể được sử dụng trong pin lithium-ion thế hệ mới bao gồm vật liệu giàu lithium, vật liệu catốt dung lượng cao không chứa lithium, vật liệu cực dương làm từ silicon, vật liệu cực dương kim loại lithium và chất điện phân rắn. Vv., Nếu việc sử dụng các điện cực âm kim loại lithium được xem xét, khái niệm pin lithium có thể được mở rộng hơn nữa. Tuy nhiên, từ quan điểm của các báo cáo học thuật, có rất ít báo cáo về đặc tính nhiệt của vật liệu mới và tính an toàn thực tế của các hệ thống mới. Hiện tại, nhận thức về an toàn của hầu hết các hệ thống pin lithium mới vẫn còn ở giai đoạn đầu hoặc chưa biết. Các phương pháp nghiên cứu được đánh giá trong bài báo này có thể được sử dụng không chỉ để nghiên cứu sự an toàn của các pin lithium-ion thương mại hiện có mà còn để hiểu trước về độ ổn định nhiệt của các hệ thống vật liệu pin lithium mới từ mức vật liệu và để dự đoán các tế bào của chúng và hệ thống dựa trên các phương pháp mô phỏng. Nó có ý nghĩa định hướng quan trọng đối với việc lựa chọn lộ trình kỹ thuật của pin lithium thế hệ tiếp theo và đảm bảo việc triển khai suôn sẻ các công nghệ mới của pin lithium mật độ năng lượng cao. " Nó có ý nghĩa định hướng quan trọng đối với việc lựa chọn lộ trình kỹ thuật của pin lithium thế hệ tiếp theo và đảm bảo việc triển khai suôn sẻ các công nghệ mới của pin lithium mật độ năng lượng cao. " Nó có ý nghĩa định hướng quan trọng đối với việc lựa chọn lộ trình kỹ thuật của pin lithium thế hệ tiếp theo và đảm bảo việc triển khai suôn sẻ các công nghệ mới của pin lithium mật độ năng lượng cao. "