2.1 Teste de abuso
A International Electrotechnical Commission (IEC), Underwriters Laboratories (UL) e a Japan Battery Association (JSBA) definiram inicialmente o teste de abuso para células de eletroeletrônicos, simulando as condições extremas que as células podem encontrar ao trabalhar, geralmente divididas em abuso térmico, abuso mecânico. O abuso térmico comum é o teste de caixa quente, o abuso elétrico inclui experimentos de sobrecarga e curto-circuito externo, e o abuso mecânico inclui acupuntura, extrusão, choque e vibração. Os padrões corporativos e do setor geralmente descrevem a resposta de uma bateria ao teste de abuso como nenhuma alteração, vazamento, queima, explosão etc. As respostas de temperatura, gás e tensão ao abuso também podem ser registradas com base em sensores e sistemas de detecção adicionais. O padrão para a bateria passar no teste de abuso é que ela não queime ou exploda. Como o teste de abuso é destinado a células acabadas comerciais e próximo às condições reais de uso, atualmente é mais um padrão de teste de segurança para a indústria de baterias do que um método de pesquisa.

2.2 teste EV-ARC
O ARC inicial só era adequado para estudar o comportamento de fuga térmica de um pequeno número de amostras de material. Feng et ai. desenvolveram um método para usar o EV-ARC para estudar o comportamento de fuga térmica adiabática de células de grande volume. O princípio e a conclusão do método de pesquisa são mostrados na Figura 6. A câmara de aquecimento do ARC é maior, portanto, uma tecnologia de controle de temperatura mais precisa e um esquema de calibração mais rigoroso são necessários. Com base no teste EV-ARC, as temperaturas características T1, T2 e T3 da fuga térmica da célula podem ser calibradas quantitativamente, correspondendo à temperatura inicial do autoaquecimento da célula, a temperatura inicial da fuga térmica da célula a célula e a temperatura máxima da célula, respectivamente. A segurança fornece um índice de avaliação mais preciso e quantitativo. As condições de teste padronizadas podem ajudar a estabelecer um banco de dados de comportamento de fuga térmica de células unificado e confiável e analisar o mecanismo de fuga térmica de células em diferentes sistemas. Esses problemas são difíceis de verificar quantitativamente em testes convencionais de abuso.

Comparado com experimentos comuns de abuso de aquecimento, a temperatura do ambiente experimental EV-ARC é controlada com precisão pelo programa, e os resultados dos testes obtidos têm melhor repetibilidade e maior interpretabilidade dos dados. Nos últimos anos, tornou-se um fator importante na avaliação e pesquisa da segurança celular. significa. No entanto, o ambiente de fuga térmica adiabático simulado pelo EV-ARC ainda é diferente da condição real de abuso da bateria. Para avaliar a segurança real da célula da bateria, ainda é necessário um grande número de métodos de teste que simulam condições severas reais.

2.3 Tecnologia de imagem de alta velocidade
Para entender mais intuitivamente a evolução dos materiais e estruturas dentro da bateria durante a fuga térmica, os pesquisadores desenvolveram um método de microscopia de raios X de transmissão (TXM) que combina termometria infravermelha e acupuntura in situ com funções auxiliares como: 7(a) para (c). Devido ao descontrole térmico, reações violentas geralmente ocorrem em um período muito curto de tempo, acompanhadas de mudanças violentas de fase e estruturais. Esse recurso impõe um requisito de resolução temporal bastante alto no método de caracterização TXM. O número de fotoelétrons de raios X que podem ser emitidos por fontes de luz de laboratório X é limitado e leva muito tempo para coletar um conjunto de dados de imagem TXM.

Uma vez que o mapa de projeção de transmissão só pode refletir informações bidimensionais em uma determinada direção, se a distribuição da matéria em um espaço tridimensional real deve ser quantificada com precisão, a tecnologia de imagem por computador (tomografia computadorizada, TC) é necessária. Com base em cada 500 reconstruções TXM, um resultado de TC de raios X pode chegar a 2,5 quadros por segundo, realizando a imagem da distribuição espacial interna da bateria com uma determinada resolução de tempo. Os resultados do CT podem ver claramente as mudanças dos materiais da bateria em vários estágios do processo de fuga térmica, como danos à camada de material ativo do eletrodo, fusão e reaglomeração do coletor de corrente de cobre, etc.

Combinado com as imagens de projeção obtidas pela tecnologia TXM e os resultados da tomografia computadorizada de raios X de alta velocidade, é possível entender claramente os comportamentos de falha como reação, produção de gás e danos estruturais de diversos materiais em diferentes posições dentro da bateria durante o processo de fuga térmica. Por outro lado, experimentos in situ como acupuntura, aquecimento infravermelho, extrusão e alongamento podem ajudar a estudar e entender vários comportamentos de falha macroscópica das baterias.

3 Pesquisa de segurança térmica do sistema
A segurança do sistema de baterias é o problema mais direto enfrentado atualmente pela aplicação de baterias de lítio. Atualmente, a fuga térmica das células comerciais não pode ser completamente evitada. Prevenir a expansão térmica descontrolada no nível do sistema é uma possível solução de segurança. O custo de realizar pesquisas experimentais em nível de sistema é alto, mas é inevitável. Com o auxílio da simulação, o projeto do sistema pode ser previsto e otimizado antecipadamente para reduzir o custo experimental.

3.1 Expansão térmica descontrolada e teste de risco de incêndio
O custo da pesquisa experimental e o risco de expansão térmica do sistema de bateria são relativamente altos. Os principais métodos são induzir a fuga térmica da célula da bateria por meio de aquecimento, sobrecarga e acupuntura, e usar termopares de contato, medição de temperatura por infravermelho e outros métodos para estudar a temperatura na bateria. A distribuição e as mudanças no sistema, este método só pode obter informações de fuga térmica multiponto local. Os testes acima podem avaliar a segurança e o risco de perda de controle de grandes baterias em um nível prático, fornecendo informações importantes para melhoria da segurança, alerta precoce, proteção contra incêndio e eliminação de desastres.

3.2 Pesquisa de gás de desastre e projeto de programa de alerta precoce
No processo de uso real e falha de segurança das baterias, a composição e geração de gases são importantes tópicos de pesquisa, que estão intimamente relacionados ao alerta precoce de fuga térmica da bateria, explosão e propagação do fogo. Em termos de natureza material, a gaseificação do eletrólito orgânico na bateria e as reações laterais de alta temperatura dos componentes ativos liberarão gás. O gás misturado gerado sob condições de aquecimento pode ser analisado por espectrometria de massa de cromatografia gasosa, GC-MS), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, FT-IR) e outros meios para analisar a composição. Atualmente, essas tecnologias de detecção de gás são relativamente maduras, mas no processo de pesquisa de segurança,

4. Pesquisa de segurança de baterias de lítio de próxima geração
A prevenção, o alerta antecipado e a previsão da segurança da bateria dependem de uma profunda compreensão da relação estrutura-atividade do sistema para a célula e a fuga térmica do material. Olhando para os incidentes de incêndio em baterias de lítio que atraíram ampla atenção nos últimos anos, a maioria deles ocorreu no estágio inicial de aplicação de novas tecnologias e novos materiais. Após extensa atenção, a pesquisa sobre a segurança deste sistema de bateria aumentou. A histerese entre a pesquisa de segurança de baterias e a pesquisa de desempenho eletroquímico de baterias é uma característica distintiva da pesquisa de segurança de baterias.

Para atender aos requisitos de alta segurança e alta densidade de energia trazidos pela onda de eletrificação, espera-se que eletrólitos não inflamáveis ​​ou eletrólitos sólidos sejam usados ​​em baterias de íons de lítio para resolver completamente os problemas de segurança das baterias e alcançar alta energia densidade. No entanto, a segurança da bateria não está apenas relacionada à estabilidade térmica dos materiais dentro da própria bateria, mas também à interação entre os materiais e o ambiente complexo dentro da bateria.

Em resumo, para garantir a segurança das baterias ao desenvolver baterias de alta densidade de energia, os pesquisadores precisam realizar simultaneamente a verificação e a pesquisa prospectiva de segurança da bateria o mais rápido possível, otimizando o desempenho eletroquímico das células. Somente através da compreensão clara e abrangente do mecanismo de falha térmica da bateria e dos fatores que afetam a segurança de várias dimensões, a prevenção efetiva da segurança da bateria pode ser feita na fase de aplicação. A Figura 8 mostra o ciclo de maturidade tecnológica de novos materiais e tecnologias na área de baterias, desde a pesquisa básica até a produção em massa. Pode-se perceber que a aplicação em larga escala de uma nova tecnologia exige um enorme investimento de mão de obra e recursos materiais, e leva décadas para atingir a produção em massa. No entanto, a verificação de segurança da bateria é frequentemente realizada quando a bateria está próxima da produção em massa, e muitas vezes visa passar no padrão de teste de segurança da bateria, e é impossível entender sistemática e profundamente o comportamento de segurança e o mecanismo interno fica oculto perigos para futuros acidentes de segurança. Para o sistema de bateria inicial, devido à baixa densidade de energia, o problema de segurança não é proeminente, e a densidade de energia da célula de bateria de íon de lítio mais recente pode chegar a mais de 300 W·h/kg, a nova tecnologia e O novo sistema tem maior densidade de energia. Essas novas tecnologias e sistemas com alta densidade de energia estão enfrentando desafios de segurança mais severos. Portanto, as etapas de pesquisa e verificação de segurança da bateria devem ser realizadas o mais cedo possível, e a bateria deve ser realizada o mais rápido possível após a determinação básica da estrutura celular. Espera-se que os testes de segurança e o trabalho de pesquisa de mecanismos estejam prontos no estágio inicial do estágio de produção em massa real, para descobrir suas características e comportamento de segurança e projetar medidas de proteção e alerta precoces correspondentes.

Atualmente, o sistema de materiais da bateria de armazenamento de energia química de última geração não foi finalizado. Os novos materiais que podem ser usados ​​na bateria de íons de lítio de nova geração incluem materiais ricos em lítio, materiais catódicos de alta capacidade sem lítio, materiais anódicos à base de silício, materiais anódicos metálicos de lítio e eletrólitos sólidos. Etc., se for considerado o uso de eletrodos negativos de metal de lítio, a epitaxia do conceito de bateria de lítio pode ser expandida ainda mais. No entanto, do ponto de vista de relatórios acadêmicos, existem poucos relatos sobre o comportamento térmico de novos materiais e a segurança prática de novos sistemas. Atualmente, a conscientização de segurança da maioria dos novos sistemas de baterias de lítio ainda está em estágio desconhecido ou inicial. Os métodos de pesquisa revisados ​​neste artigo podem ser usados ​​não apenas para estudar a segurança das baterias de íon de lítio comerciais existentes, mas também para entender a estabilidade térmica de novos sistemas de material de bateria de lítio com antecedência a partir do nível de material e prever suas células e sistemas baseados em métodos de simulação. Tem um significado orientador importante para selecionar a rota técnica das baterias de lítio de próxima geração e garantir a implementação suave de novas tecnologias de baterias de lítio de alta densidade de energia. " Tem um significado orientador importante para selecionar a rota técnica das baterias de lítio de próxima geração e garantir a implementação suave de novas tecnologias de baterias de lítio de alta densidade de energia. " Tem um significado orientador importante para selecionar a rota técnica das baterias de lítio de próxima geração e garantir a implementação suave de novas tecnologias de baterias de lítio de alta densidade de energia. "