2.1 Тестування на зловживання
Міжнародна електротехнічна комісія (IEC), Underwriters Laboratories (UL) і Японська асоціація акумуляторів (JSBA) спочатку визначили випробування на зловживання елементами споживчої електроніки, імітуючи екстремальні умови, з якими елементи можуть зіткнутися під час роботи, зазвичай розділені на температурне зловживання, електричне та механічне зловживання. Поширеним термічним зловживанням є випробування гарячої коробки, електричним зловживанням є експерименти з надмірним зарядом і зовнішнім коротким замиканням, а механічним зловживанням є акупунктура, екструзія, удари та вібрація. Корпоративні та галузеві стандарти зазвичай описують реакцію батареї на неправильне тестування як відсутність змін, витік, горіння, вибух тощо. Реакція температури, газу та напруги на неправильне використання також може бути зафіксована на основі додаткових датчиків і систем виявлення. Стандартом для батареї, щоб пройти перевірку на зловживання, є те, що вона не горить і не вибухає. Оскільки тест на зловживання спрямований на готові комерційні елементи та близький до реальних умов використання, наразі він є скоріше стандартом перевірки безпеки для акумуляторної промисловості, ніж методом дослідження.

2.2 Тест EV-ARC
Ранній ARC підходив лише для вивчення поведінки невеликої кількості зразків матеріалу. Фенг та ін. розробив метод використання EV-ARC для вивчення адіабатичного термічного витікання клітин великого об’єму. Принцип і висновок методу дослідження показані на рисунку 6. Нагрівальна камера ARC більша, тому потрібна більш точна технологія контролю температури та більш сувора схема калібрування. На основі тесту EV-ARC можна кількісно відкалібрувати характерні температури T1, T2 і T3 теплового розгону комірки, що відповідає початковій температурі самонагрівання комірки, початковій температурі теплового розгону комірки. клітини та максимальну температуру клітини відповідно. Безпека забезпечує більш точний і кількісний показник оцінки. Стандартизовані умови випробувань можуть допомогти створити уніфіковану та надійну базу даних про поведінку клітини при тепловому розгоні та проаналізувати механізм теплового відтоку клітин у різних системах. Ці проблеми важко кількісно перевірити за допомогою звичайних тестів на зловживання.

Порівняно зі звичайними експериментами зі зловживанням нагріванням, температура експериментального середовища EV-ARC точно контролюється програмою, а отримані результати тестування мають кращу повторюваність і кращу інтерпретацію даних. В останні роки це стало важливим фактором в оцінці та дослідженні безпеки клітин. засоби. Однак адіабатичне теплове середовище, змодельоване EV-ARC, усе ще відрізняється від реальних умов зловживання акумулятором. Щоб оцінити фактичну безпеку елемента батареї, все ще потрібна велика кількість методів випробувань, що моделюють реальні суворі умови.

2.3 Технологія високошвидкісної обробки зображень
Щоб більш інтуїтивно зрозуміти еволюцію матеріалів і структур всередині батареї під час термічного розгону, дослідники розробили метод трансмісійної рентгенівської мікроскопії (TXM), який поєднує інфрачервону термометрію та акупунктуру на місці з такими допоміжними функціями, як: 7(a) до (c). Внаслідок теплового розбігу бурхливі реакції часто відбуваються за дуже короткий проміжок часу, супроводжуючись бурхливими фазовими та структурними змінами. Ця функція накладає досить високі вимоги щодо тимчасової роздільної здатності на метод визначення характеристик TXM. Кількість рентгенівських фотоелектронів, які можуть випромінювати лабораторні X-джерела світла, обмежена, і для збору набору даних зображень TXM потрібно багато часу.

Оскільки проекційна карта передачі може відображати двовимірну інформацію лише в певному напрямку, то для точної кількісної оцінки розподілу речовини в реальному тривимірному просторі потрібна комп’ютерна технологія зображення (комп’ютерна томографія, КТ). На основі кожних 500 реконструкцій TXM один результат рентгенівської КТ може досягати 2,5 кадрів в секунду, реалізуючи зображення внутрішнього просторового розподілу батареї з певною роздільною здатністю в часі. За результатами КТ можна чітко побачити зміни матеріалів батареї на різних стадіях процесу теплового відведення, наприклад, пошкодження шару активного матеріалу електрода, плавлення та повторна агломерація мідного колектора струму тощо.

У поєднанні з проекційними зображеннями, отриманими за допомогою технології TXM, і результатами високошвидкісної рентгенівської комп’ютерної томографії можна чітко зрозуміти поведінку відмов, наприклад реакції, утворення газу та структурні пошкодження різних матеріалів у різних положеннях всередині батареї під час процес термічного витікання. З іншого боку, експерименти на місці, такі як акупунктура, інфрачервоне нагрівання, екструзія та розтягування, можуть допомогти вивчити та зрозуміти різні макроскопічні несправності батарей.

3 Дослідження теплової безпеки системи
Безпека акумуляторної системи є найбільш прямою проблемою, що стоїть перед застосуванням літієвих батарей в даний час. В даний час неможливо повністю уникнути теплової розбіжності комерційних елементів. Запобігання тепловому розширенню на системному рівні є можливим рішенням безпеки. Вартість проведення експериментальних досліджень на системному рівні є високою, але її не уникнути. За допомогою моделювання дизайн системи можна передбачити та оптимізувати заздалегідь, щоб зменшити експериментальні витрати.

3.1 Теплове розширення та випробування на пожежну небезпеку
Вартість експериментальних досліджень і ризик теплового розширення акумуляторної системи є відносно високими. Основні методи полягають у викликанні теплового розбігу елемента батареї за допомогою нагрівання, перезаряду та акупунктури, а також використання контактних термопар, інфрачервоного вимірювання температури та інших методів для дослідження температури в батареї. Розповсюдження та зміни в системі, цей метод може отримати лише локальну багатоточкову інформацію про теплові розбіги. Наведені вище випробування можуть оцінити безпеку та ризик втрати контролю великих батарейних блоків на практичному рівні, надаючи важливу інформацію для покращення безпеки, раннього попередження, протипожежного захисту та утилізації аварій.

3.2 Дослідження катастрофічного газу та розробка програми раннього попередження
У процесі фактичного використання та безпечної несправності акумуляторів, склад та утворення газів є важливими темами дослідження, які тісно пов’язані з раннім попередженням про перегрівання акумулятора, вибух та поширення пожежі. З точки зору матеріальної природи, газифікація органічного електроліту в акумуляторі та високотемпературні побічні реакції активних компонентів призведуть до виділення газу. Змішаний газ, що утворюється в умовах нагрівання, можна проаналізувати за допомогою газової хромато-мас-спектрометрії, GC-MS), інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур’є (інфрачервона спектроскопія з перетворенням Фур’є, FT-IR) та іншими способами аналізу складу. На даний момент ці технології виявлення газу є відносно зрілими, але в процесі дослідження безпеки,

4. Дослідження безпеки літієвих батарей наступного покоління
. Запобігання, раннє попередження та прогноз безпеки батареї залежать від глибокого розуміння зв’язку між структурою та активністю від системи до клітини та матеріалу. Подивившись на випадки пожежі літієвих батарей, які привернули широку увагу в останні роки, більшість із них сталися на початковому етапі застосування нових технологій і нових матеріалів. Після великої уваги дослідження безпеки цієї акумуляторної системи збільшилися. Гістерезис між дослідженнями безпеки акумуляторів і дослідженнями електрохімічних характеристик акумуляторів є відмінною рисою досліджень безпеки акумуляторів.

Щоб відповідати вимогам високої безпеки та високої щільності енергії, викликаної хвилею електрифікації, очікується, що негорючі електроліти або тверді електроліти будуть використовуватися в літій-іонних батареях, щоб повністю вирішити проблеми безпеки батарей і досягти високої енергії щільність. Проте безпека батареї пов’язана не лише з термічною стабільністю матеріалів усередині батареї, а й із взаємодією між матеріалами та складним середовищем усередині батареї.

Підсумовуючи, щоб забезпечити безпеку акумуляторів під час розробки акумуляторів з високою щільністю енергії, дослідникам необхідно якнайшвидше одночасно провести перевірку й дослідження перспективної безпеки акумуляторів, одночасно оптимізуючи електрохімічні характеристики елементів. Лише чітко та всебічно розуміючи механізм теплової відмови батареї та фактори, що впливають на безпеку різних розмірів, можна здійснити ефективне запобігання безпеці батареї на етапі застосування. На малюнку 8 показано цикл технологічної зрілості нових матеріалів і технологій у галузі акумуляторів від фундаментальних досліджень до масового виробництва. Як видно, широкомасштабне застосування нової технології вимагає величезних вкладень людських і матеріальних ресурсів, а для досягнення масового виробництва потрібні десятиліття. однак, Перевірка безпеки батареї часто проводиться, коли батарея наближається до масового виробництва, і вона часто спрямована на проходження стандарту тестування на безпеку батареї, і неможливо систематично та глибоко зрозуміти безпечну поведінку та внутрішній механізм прихований небезпеки для майбутніх нещасних випадків. Для першої системи батареї через низьку щільність енергії проблема безпеки не є помітною, а щільність енергії останньої літій-іонної батареї може досягати понад 300 Вт·год/кг, нова технологія та нова система має більш високу щільність енергії. Ці нові технології та системи з високою щільністю енергії стикаються з більш серйозними проблемами безпеки. Тому слід якомога раніше провести дослідження безпеки та перевірку батареї, і батареї слід проводити якомога швидше після основного визначення структури клітини. Очікується, що випробування безпеки та дослідження механізмів будуть готові на ранній стадії реального масового виробництва, щоб з’ясувати характеристики безпеки та поведінку, а також розробити відповідні заходи захисту та раннього попередження.

На даний момент матеріальна система батареї для зберігання хімічної енергії наступного покоління не завершена. Нові матеріали, які можуть використовуватися в літій-іонній батареї нового покоління, включають багаті літієм матеріали, катодні матеріали високої ємності, що не містять літію, анодні матеріали на основі кремнію, анодні матеріали з металевого літію та тверді електроліти. І т. д., якщо розглядається використання металевих літієвих негативних електродів, епітаксія концепції літієвої батареї може бути розширена. Однак, з точки зору академічних звітів, існує небагато звітів про термічну поведінку нових матеріалів і практичну безпеку нових систем. В даний час обізнаність про безпеку більшості нових систем літієвих батарей все ще знаходиться на невідомій або ранній стадії. Методи дослідження, розглянуті в цій статті, можна використовувати не лише для вивчення безпеки існуючих комерційних літій-іонних батарей, але й для попереднього розуміння термічної стабільності нових систем матеріалів літієвих батарей на рівні матеріалу, а також для прогнозування їх елементів і системи на основі методів моделювання. Це має важливе керівне значення для вибору технічного маршруту літієвих батарей наступного покоління та забезпечення плавного впровадження нових технологій літієвих батарей високої щільності енергії. " Це має важливе керівне значення для вибору технічного маршруту літієвих батарей наступного покоління та забезпечення плавного впровадження нових технологій літієвих батарей високої щільності енергії. " Це має важливе керівне значення для вибору технічного маршруту літієвих батарей наступного покоління та забезпечення плавного впровадження нових технологій літієвих батарей високої щільності енергії. "