2.1 Pruebas de abuso
La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), Underwriters Laboratories (UL) y la Japan Battery Association (JSBA) definieron inicialmente la prueba de abuso para celdas de electrónica de consumo, simulando las condiciones extremas que pueden encontrar las celdas cuando trabajan, generalmente divididas en abuso térmico, eléctrico y abuso mecánico. El abuso térmico común es la prueba de caja caliente, el abuso eléctrico incluye experimentos de sobrecarga y cortocircuito externo, y el abuso mecánico incluye acupuntura, extrusión, choque y vibración. Los estándares corporativos y de la industria generalmente describen la respuesta de una batería a las pruebas de abuso como sin cambios, fugas, quemaduras, explosiones, etc. Las respuestas de temperatura, gas y voltaje al abuso también se pueden registrar en función de sensores y sistemas de detección adicionales. El estándar para que la batería pase la prueba de abuso es que no se queme ni explote. Dado que la prueba de abuso está dirigida a celdas terminadas comerciales y cercanas a las condiciones de uso real, actualmente es más un estándar de prueba de seguridad para la industria de las baterías que un método de investigación.

2.2 Prueba EV-ARC
El ARC inicial solo era adecuado para estudiar el comportamiento de fuga térmica de una pequeña cantidad de muestras de material. Feng et al. desarrolló un método para utilizar EV-ARC para estudiar el comportamiento de fuga térmica adiabática de celdas de gran volumen. El principio y la conclusión del método de investigación se muestran en la Figura 6. La cámara de calentamiento del ARC es más grande, por lo que se requiere una tecnología de control de temperatura más precisa y un esquema de calibración más estricto. Con base en la prueba EV-ARC, las temperaturas características T1, T2 y T3 de la fuga térmica de la celda se pueden calibrar cuantitativamente, correspondientes a la temperatura de inicio del autocalentamiento de la celda, la temperatura de inicio de la fuga térmica de la celda y la temperatura máxima de la celda, respectivamente. La seguridad proporciona un índice de evaluación más preciso y cuantitativo. Las condiciones de prueba estandarizadas pueden ayudar a establecer una base de datos de comportamiento de fuga térmica de celda unificada y confiable, y analizar el mecanismo de fuga térmica de las celdas en diferentes sistemas. Estos problemas son difíciles de verificar cuantitativamente en las pruebas de abuso convencionales.

En comparación con los experimentos ordinarios de abuso de calor, el programa controla con precisión la temperatura del entorno experimental EV-ARC, y los resultados de las pruebas obtenidas tienen una mejor repetibilidad y una mayor interpretabilidad de los datos. En los últimos años, se ha convertido en un factor importante en la evaluación e investigación de la seguridad celular. medio. Sin embargo, el entorno de fuga térmica adiabática simulado por EV-ARC sigue siendo diferente de la condición real de abuso de batería. Para evaluar la seguridad real de la celda de la batería, todavía se necesita una gran cantidad de métodos de prueba que simulen condiciones severas reales.

2.3 Tecnología de imágenes de alta velocidad
Para comprender de forma más intuitiva la evolución de los materiales y las estructuras dentro de la batería durante la fuga térmica, los investigadores han desarrollado un método de microscopía de rayos X de transmisión (TXM) que combina la termometría infrarroja y la acupuntura in situ con funciones auxiliares como: 7(a) a (c). Debido a la fuga térmica, las reacciones violentas a menudo ocurren en un período de tiempo muy corto, acompañadas de cambios estructurales y de fase violentos. Esta característica impone un requisito de resolución temporal bastante alto en el método de caracterización TXM. La cantidad de fotoelectrones de rayos X que pueden emitir las fuentes de luz X de laboratorio es limitada y lleva mucho tiempo recopilar un conjunto de datos de imagen TXM.

Dado que el mapa de proyección de transmisión solo puede reflejar información bidimensional en una dirección determinada, si se va a cuantificar con precisión la distribución de la materia en un espacio tridimensional real, se requiere tecnología de imágenes por computadora (tomografía computarizada, TC). Basado en cada 500 reconstrucciones TXM, un resultado de TC de rayos X puede alcanzar 2,5 cuadros por segundo, realizando la imagen de la distribución espacial interna de la batería con una resolución de tiempo determinada. Los resultados de CT pueden ver claramente los cambios en los materiales de la batería en varias etapas del proceso de fuga térmica, como daño a la capa de material activo del electrodo, fusión y reaglomeración del colector de corriente de cobre, etc.

En combinación con las imágenes de proyección obtenidas por la tecnología TXM y los resultados de la tomografía computarizada de rayos X de alta velocidad, es posible comprender claramente los comportamientos de falla, como la reacción, la producción de gas y el daño estructural de varios materiales en diferentes posiciones dentro de la batería durante el proceso de fuga térmica. Por otro lado, los experimentos in situ como la acupuntura, el calentamiento por infrarrojos, la extrusión y el estiramiento pueden ayudar a estudiar y comprender varios comportamientos de falla macroscópica de las baterías.

3 Investigación de seguridad térmica del sistema
La seguridad del sistema de baterías es el problema más directo al que se enfrenta la aplicación de baterías de litio en la actualidad. En la actualidad, la fuga térmica de las celdas comerciales no se puede evitar por completo. La prevención de la expansión térmica desbocada a nivel del sistema es una posible solución de seguridad. El costo de llevar a cabo una investigación experimental a nivel de sistema es alto, pero es inevitable. Con la ayuda de la simulación, el diseño del sistema se puede predecir y optimizar de antemano para reducir el costo experimental.

3.1 Pruebas de expansión térmica fuera de control y riesgo de incendio
El costo de la investigación experimental y el riesgo de expansión térmica del sistema de batería son relativamente altos. Los métodos principales son inducir la fuga térmica de la celda de la batería a través del calentamiento, la sobrecarga y la acupuntura, y usar termopares de contacto, medición de temperatura infrarroja y otros métodos para estudiar la temperatura en la batería. La distribución y los cambios en el sistema, este método solo puede obtener información de fuga térmica multipunto local. Las pruebas anteriores pueden evaluar la seguridad y el riesgo de pérdida de control de los paquetes de baterías grandes a un nivel práctico, proporcionando información importante para la mejora de la seguridad, la alerta temprana, la protección contra incendios y la eliminación de desastres.

3.2 Investigación de gases de desastre y diseño de programas de alerta temprana
En el proceso de uso real y fallas de seguridad de las baterías, la composición y generación de gases son temas de investigación importantes, que están estrechamente relacionados con la alerta temprana de fuga térmica, explosión y propagación de incendios de la batería. En términos de naturaleza material, la gasificación del electrolito orgánico en la batería y las reacciones secundarias a alta temperatura de los componentes activos liberarán gas. El gas mixto generado en condiciones de calentamiento puede analizarse mediante cromatografía de gases-espectrometría de masas, GC-MS), espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, FT-IR) y otros medios para analizar la composición. En la actualidad, estas tecnologías de detección de gases son relativamente maduras, pero en el proceso de investigación de seguridad,

4. Investigación de seguridad de las baterías de litio de próxima generación La
prevención, la alerta temprana y la predicción de la seguridad de las baterías dependen de una comprensión profunda de la relación estructura-actividad desde el sistema hasta la celda y el escape térmico del material. En cuanto a los incidentes de incendios de baterías de litio que han atraído una gran atención en los últimos años, la mayoría de ellos ocurrieron en la etapa inicial de aplicación de nuevas tecnologías y nuevos materiales. Después de una amplia atención, la investigación sobre la seguridad de este sistema de batería ha aumentado. La histéresis entre la investigación de la seguridad de las baterías y la investigación del rendimiento electroquímico de las baterías es una característica distintiva de la investigación de la seguridad de las baterías.

Para cumplir con los requisitos de alta seguridad y alta densidad de energía que trae la ola de electrificación, se espera que se utilicen electrolitos no inflamables o electrolitos sólidos en las baterías de iones de litio para resolver completamente los problemas de seguridad de las baterías y lograr una alta energía. densidad. Sin embargo, la seguridad de la batería no solo está relacionada con la estabilidad térmica de los materiales dentro de la batería, sino también con la interacción entre los materiales y el entorno complejo dentro de la batería.

En resumen, para garantizar la seguridad de las baterías mientras desarrollan baterías de alta densidad de energía, los investigadores deben llevar a cabo simultáneamente una verificación e investigación prospectivas de seguridad de la batería lo antes posible mientras optimizan el rendimiento electroquímico de las celdas. Solo mediante una comprensión clara y completa del mecanismo de falla térmica de la batería y los factores que afectan la seguridad de varias dimensiones, se puede realizar una prevención efectiva de la seguridad de la batería en la etapa de aplicación. La Figura 8 muestra el ciclo de madurez tecnológica de nuevos materiales y tecnologías en el campo de las baterías desde la investigación básica hasta la producción en masa. Se puede ver que la aplicación a gran escala de una nueva tecnología requiere una gran inversión de mano de obra y recursos materiales, y lleva décadas lograr la producción en masa. Sin embargo, la verificación de seguridad de la batería a menudo se lleva a cabo cuando la batería está cerca de la producción en masa, y a menudo tiene como objetivo pasar el estándar de prueba de seguridad de la batería, y es imposible comprender de manera sistemática y profunda el comportamiento de seguridad y el mecanismo interno permanece oculto peligros de futuros accidentes de seguridad. Para el sistema de batería temprano, debido a la baja densidad de energía, el problema de seguridad no es prominente, y la densidad de energía de la celda de batería de iones de litio más reciente puede alcanzar más de 300 W·h/kg, la nueva tecnología y el nuevo sistema tiene mayor densidad de energía. Estas nuevas tecnologías y sistemas con alta densidad de energía enfrentan desafíos de seguridad más severos. Por lo tanto, los pasos de investigación y verificación de seguridad de la batería deben llevarse a cabo lo antes posible, y la batería debe llevarse a cabo lo antes posible después de la determinación básica de la estructura de la celda. Se espera que el trabajo de investigación de pruebas y mecanismos de seguridad esté listo en la etapa inicial de la etapa real de producción en masa, para descubrir sus características y comportamiento de seguridad, y para diseñar las medidas de protección y alerta temprana correspondientes.

En la actualidad, el sistema material de la batería de almacenamiento de energía química de próxima generación no se ha finalizado. Los nuevos materiales que se pueden usar en la batería de iones de litio de nueva generación incluyen materiales ricos en litio, materiales de cátodo de alta capacidad sin litio, materiales de ánodo a base de silicio, materiales de ánodo de metal de litio y electrolitos sólidos. Etc., si se considera el uso de electrodos negativos de metal de litio, la epitaxia del concepto de batería de litio se puede ampliar aún más. Sin embargo, desde la perspectiva de los informes académicos, existen pocos informes sobre el comportamiento térmico de los nuevos materiales y la seguridad práctica de los nuevos sistemas. En la actualidad, la conciencia de seguridad de la mayoría de los nuevos sistemas de baterías de litio aún se encuentra en una etapa desconocida o temprana. Los métodos de investigación revisados ​​en este documento se pueden utilizar no solo para estudiar la seguridad de las baterías comerciales de iones de litio existentes, sino también para comprender la estabilidad térmica de los nuevos sistemas de materiales de baterías de litio con anticipación desde el nivel del material, y para predecir sus celdas y sistemas basados ​​en métodos de simulación. Tiene un importante significado de guía para seleccionar la ruta técnica de las baterías de litio de próxima generación y garantizar la implementación sin problemas de nuevas tecnologías de baterías de litio de alta densidad de energía. " Tiene un importante significado de guía para seleccionar la ruta técnica de las baterías de litio de próxima generación y garantizar la implementación sin problemas de nuevas tecnologías de baterías de litio de alta densidad de energía. " Tiene un importante significado de guía para seleccionar la ruta técnica de las baterías de litio de próxima generación y garantizar la implementación sin problemas de nuevas tecnologías de baterías de litio de alta densidad de energía. "