2.1 Test d'abus
La Commission électrotechnique internationale (CEI), les Underwriters Laboratories (UL) et la Japan Battery Association (JSBA) ont initialement défini le test d'abus pour les cellules électroniques grand public, simulant les conditions extrêmes que les cellules peuvent rencontrer lorsqu'elles fonctionnent, généralement divisées en abus thermique, électrique et abus mécanique. L'abus thermique courant est le test de la boîte chaude, l'abus électrique comprend les expériences de surcharge et de court-circuit externe, et l'abus mécanique comprend l'acupuncture, l'extrusion, les chocs et les vibrations. Les normes d'entreprise et de l'industrie décrivent généralement la réponse d'une batterie aux tests d'abus comme aucun changement, fuite, combustion, explosion, etc. Les réponses de température, de gaz et de tension aux abus peuvent également être enregistrées sur la base de capteurs et de systèmes de détection supplémentaires. La norme pour que la batterie réussisse le test d'abus est qu'elle ne brûle pas et n'explose pas. Étant donné que le test d'abus est destiné aux cellules finies commerciales et proches des conditions d'utilisation réelles, il s'agit actuellement plus d'une norme de test de sécurité pour l'industrie des batteries que d'une méthode de recherche.

2.2 Essai EV-ARC
Le premier ARC ne convenait qu'à l'étude du comportement d'emballement thermique d'un petit nombre d'échantillons de matériaux. Feng et al. a développé une méthode pour utiliser EV-ARC pour étudier le comportement d'emballement thermique adiabatique des cellules de grand volume. Le principe et la conclusion de la méthode de recherche sont illustrés à la figure 6. La chambre de chauffage de l'ARC est plus grande, donc une technologie de contrôle de température plus précise et un schéma d'étalonnage plus strict sont nécessaires. Sur la base du test EV-ARC, les températures caractéristiques T1, T2 et T3 de l'emballement thermique de la cellule peuvent être calibrées quantitativement, correspondant à la température de démarrage de l'auto-échauffement de la cellule, la température de démarrage de l'emballement thermique de la cellule et la température maximale de la cellule, respectivement. La sécurité fournit un indice d'évaluation plus précis et quantitatif. Des conditions de test normalisées peuvent aider à établir une base de données unifiée et fiable sur le comportement d'emballement thermique des cellules et à analyser le mécanisme d'emballement thermique des cellules dans différents systèmes. Ces problèmes sont difficiles à vérifier quantitativement dans les tests d'abus conventionnels.

Par rapport aux expériences d'abus de chauffage ordinaires, la température de l'environnement expérimental EV-ARC est contrôlée avec précision par le programme, et les résultats des tests obtenus ont une meilleure répétabilité et une meilleure interprétabilité des données. Ces dernières années, il est devenu un facteur important dans l'évaluation et la recherche de la sécurité des cellules. moyens. Cependant, l'environnement d'emballement thermique adiabatique simulé par EV-ARC est toujours différent de la condition réelle d'abus de la batterie. Pour évaluer la sécurité réelle de la cellule de batterie, un grand nombre de méthodes de test simulant des conditions réelles sévères sont encore nécessaires.

2.3 Technologie d'imagerie à grande vitesse
Afin de comprendre plus intuitivement l'évolution des matériaux et des structures à l'intérieur de la batterie pendant l'emballement thermique, les chercheurs ont développé une méthode de microscopie à rayons X à transmission (TXM) qui combine la thermométrie infrarouge et l'acupuncture in situ avec des fonctions auxiliaires telles que : 7(a) à (c). En raison de l'emballement thermique, des réactions violentes se produisent souvent en très peu de temps, accompagnées de violents changements de phase et de structure. Cette caractéristique impose une exigence de résolution temporelle assez élevée sur la méthode de caractérisation TXM. Le nombre de photoélectrons X pouvant être émis par les sources lumineuses X du laboratoire est limité et la collecte d'un ensemble de données d'image TXM prend beaucoup de temps.

Étant donné que la carte de projection de transmission ne peut refléter que des informations bidimensionnelles dans une certaine direction, si la distribution de la matière dans un espace tridimensionnel réel doit être quantifiée avec précision, une technologie d'imagerie informatique (tomographie par ordinateur, CT) est nécessaire. Sur la base de toutes les 500 reconstructions TXM, un résultat de scanner à rayons X peut atteindre 2,5 images par seconde, réalisant l'imagerie de la distribution spatiale interne de la batterie avec une certaine résolution temporelle. Les résultats CT peuvent clairement voir les changements des matériaux de la batterie à différentes étapes du processus d'emballement thermique, tels que les dommages à la couche de matériau actif de l'électrode, la fusion et la réagglomération du collecteur de courant en cuivre, etc.

Combiné avec les images de projection obtenues par la technologie TXM et les résultats de la tomodensitométrie à rayons X à grande vitesse, il est possible de comprendre clairement les comportements de défaillance tels que la réaction, la production de gaz et les dommages structurels de divers matériaux à différentes positions à l'intérieur de la batterie pendant le processus d'emballement thermique. D'autre part, des expériences in situ telles que l'acupuncture, le chauffage infrarouge, l'extrusion et l'étirement peuvent aider à étudier et à comprendre divers comportements de défaillance macroscopiques des batteries.

3 Recherche sur la sécurité thermique du système
La sécurité du système de batterie est le problème le plus direct auquel est actuellement confrontée l'application des batteries au lithium. À l'heure actuelle, l'emballement thermique des cellules commerciales ne peut être complètement évité. Empêcher l'emballement thermique au niveau du système est une solution de sécurité possible. Le coût de la réalisation de recherches expérimentales au niveau du système est élevé, mais il est inévitable. À l'aide de la simulation, la conception du système peut être prédite et optimisée à l'avance pour réduire le coût expérimental.

3.1 Test de dilatation thermique et de risque d'incendie
Le coût de la recherche expérimentale et le risque de dilatation thermique du système de batterie sont relativement élevés. Les principales méthodes consistent à induire un emballement thermique de la cellule de batterie par chauffage, surcharge et acupuncture, et à utiliser des thermocouples de contact, une mesure de température infrarouge et d'autres méthodes pour étudier la température dans la batterie. La distribution et les changements dans le système, cette méthode ne peut obtenir que des informations d'emballement thermique locales multipoints. Les tests ci-dessus peuvent évaluer la sécurité et le risque de perte de contrôle des grandes batteries à un niveau pratique, fournissant des informations importantes pour l'amélioration de la sécurité, l'alerte précoce, la protection contre les incendies et l'élimination des catastrophes.

3.2 Conception d'un programme de recherche et d'alerte précoce sur les gaz de catastrophe
Dans le processus d'utilisation réelle et de défaillance de sécurité des batteries, la composition et la génération de gaz sont des sujets de recherche importants, qui sont étroitement liés à l'alerte précoce de l'emballement thermique de la batterie, de l'explosion et de la propagation du feu. En termes de nature matérielle, la gazéification de l'électrolyte organique dans la batterie et les réactions secondaires à haute température des composants actifs vont libérer du gaz. Le gaz mixte généré dans des conditions de chauffage peut être analysé par chromatographie en phase gazeuse-spectre de spectrométrie de masse, GC-MS), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, FT-IR) et d'autres moyens pour analyser la composition. À l'heure actuelle, ces technologies de détection de gaz sont relativement matures, mais dans le processus de recherche de sécurité,

4. Recherche sur la sécurité des batteries au lithium de nouvelle génération La
prévention, l'alerte précoce et la prévision de la sécurité des batteries dépendent d'une compréhension approfondie de la relation structure-activité du système à la cellule à l'emballement thermique du matériau. En ce qui concerne les incendies de batteries au lithium qui ont suscité une large attention ces dernières années, la plupart d'entre eux se sont produits au stade initial de l'application des nouvelles technologies et des nouveaux matériaux. Après une attention approfondie, la recherche sur la sécurité de ce système de batterie a augmenté. L'hystérésis entre la recherche sur la sécurité des batteries et la recherche sur les performances électrochimiques des batteries est une caractéristique distinctive de la recherche sur la sécurité des batteries.

Afin de répondre aux exigences de haute sécurité et de haute densité d'énergie apportées par la vague d'électrification, il est prévu que des électrolytes ininflammables ou des électrolytes solides soient utilisés dans les batteries lithium-ion pour résoudre complètement les problèmes de sécurité des batteries et atteindre une énergie élevée. densité. Cependant, la sécurité de la batterie n'est pas seulement liée à la stabilité thermique des matériaux à l'intérieur de la batterie elle-même, mais également à l'interaction entre les matériaux et l'environnement complexe à l'intérieur de la batterie.

En résumé, afin d'assurer la sécurité des batteries tout en développant des batteries à haute densité d'énergie, les chercheurs doivent effectuer simultanément une vérification prospective de la sécurité des batteries et des recherches dès que possible tout en optimisant les performances électrochimiques des cellules. Ce n'est qu'en comprenant clairement et complètement le mécanisme de défaillance thermique de la batterie et les facteurs affectant la sécurité de différentes dimensions que la prévention efficace de la sécurité de la batterie peut être effectuée au stade de l'application. La figure 8 montre le cycle de maturité technologique des nouveaux matériaux et technologies dans le domaine des batteries, de la recherche fondamentale à la production de masse. On peut voir que l'application à grande échelle d'une nouvelle technologie nécessite un énorme investissement en main-d'œuvre et en ressources matérielles, et qu'il faut des décennies pour parvenir à une production de masse. Cependant, la vérification de la sécurité de la batterie est souvent effectuée lorsque la batterie est proche de la production de masse, et elle vise souvent à passer la norme de test de sécurité de la batterie, et il est impossible de comprendre systématiquement et profondément le comportement de sécurité et le mécanisme interne est caché dangers pour les futurs accidents de sécurité. Pour le premier système de batterie, en raison de la faible densité d'énergie, le problème de sécurité n'est pas important, et la densité d'énergie de la dernière cellule de batterie lithium-ion peut atteindre plus de 300 W·h/kg, la nouvelle technologie et le nouveau système a une densité d'énergie plus élevée. Ces nouvelles technologies et systèmes à haute densité d'énergie font face à des défis de sécurité plus sévères. Par conséquent, les étapes de recherche et de vérification de la sécurité de la batterie doivent être effectuées le plus tôt possible, et la batterie doit être effectuée dès que possible après la détermination de base de la structure cellulaire. Les tests de sécurité et les travaux de recherche sur les mécanismes devraient être prêts au début de la phase de production de masse réelle, pour découvrir ses caractéristiques de sécurité et son comportement, et pour concevoir des mesures de protection et d'alerte précoce correspondantes.

À l'heure actuelle, le système de matériaux de la batterie de stockage d'énergie chimique de nouvelle génération n'a pas été finalisé. Les nouveaux matériaux pouvant être utilisés dans la batterie lithium-ion de nouvelle génération comprennent des matériaux riches en lithium, des matériaux de cathode haute capacité sans lithium, des matériaux d'anode à base de silicium, des matériaux d'anode au lithium métal et des électrolytes solides. Etc., si l'utilisation d'électrodes négatives au lithium métal est envisagée, l'épitaxie du concept de batterie au lithium peut être encore élargie. Cependant, du point de vue des rapports académiques, il existe peu de rapports sur le comportement thermique des nouveaux matériaux et la sécurité pratique des nouveaux systèmes. À l'heure actuelle, la sensibilisation à la sécurité de la plupart des nouveaux systèmes de batteries au lithium en est encore à un stade inconnu ou précoce. Les méthodes de recherche examinées dans cet article peuvent être utilisées non seulement pour étudier la sécurité des batteries lithium-ion commerciales existantes, mais également pour comprendre la stabilité thermique des nouveaux systèmes de matériaux de batterie au lithium à l'avance à partir du niveau du matériau, et pour prédire leurs cellules et systèmes basés sur des méthodes de simulation. Il a une importance directrice importante pour sélectionner la voie technique des batteries au lithium de nouvelle génération et assurer la mise en œuvre harmonieuse des nouvelles technologies de batteries au lithium à haute densité d'énergie. " Il a une importance directrice importante pour sélectionner la voie technique des batteries au lithium de nouvelle génération et assurer la mise en œuvre harmonieuse des nouvelles technologies de batteries au lithium à haute densité d'énergie. " Il a une importance directrice importante pour sélectionner la voie technique des batteries au lithium de nouvelle génération et assurer la mise en œuvre harmonieuse des nouvelles technologies de batteries au lithium à haute densité d'énergie. "