リチウム電池の安全性の問題を解決する方法は本当にありませんか？

近年、携帯電話やノートパソコンのバッテリー燃焼爆発は眼球を引き付けることができません。電気自動車の爆燃とリチウム電気火災は、工場の最近のニュースです。そして最近のSamsungGalaxy Note7の大規模なバッテリー火災の爆発は、リチウムイオンバッテリーのセキュリティ問題をかつてないほど脚光を浴びるようになります。

外的要因の使用に加えて、リチウムイオン電池は主に電気化学システムの基本と電極/電池の構造の安全性、設計や製造プロセスなどの内部要因に依存し、電気化学システムで使用される電池は最も基本的ですバッテリーの安全性の要因。ここでの著者は、リチウムイオン電池の安全性を分析するためにいくつかの異なる角度からです。

熱力学的観点：研究により、アノードだけでなく、アノード材料の表面も、リチウムイオン電池の性能の側面で正のアノードパッシベーション膜を覆う薄いパッシベーション膜の層で覆われていることが確認されています。非常に重要な影響であり、特別な界面の問題は非水性有機電解液システムにのみ存在します。ここで強調したいのは、リチウムイオン電池の既存のシステムの観点からのフェルミ準位の角度から、熱力学では不安定であり、から分離されたの動力学上の正と負の表面パッシベーションフィルムのために安定して動作することができますアノードと電解質はさらに反応します。

したがって、リチウム電気の安全性は、カソード表面のパッシベーション膜の完全性であり、密度の程度に直接関係しており、リチウム電気のセキュリティ問題を理解する上での問題が重要になることを知っています。

電気自動車

熱伝達の観点：リチウムイオン電池の危険な動作（電池の過充電放電、急速な充電と放電、短絡、機械的状態、高温熱衝撃などを含む）は、電池内部をトリガーしやすい副作用のリスクと熱の発生、カソードとアノードの表面パッシベーション膜の直接破壊。

セル温度が130℃に上昇すると、アノード分解の表面のSEIフィルム、リチウムは、電解質の激しい酸化還元反応、高リスクバッテリーによって生成された熱にさらされた高活性カーボンネガをもたらします。電池内部の局所温度が200℃以上になると、陽極表面の不動態化膜の酸素発生陽極が分解し、電解質の激しい反応を続けて大量の熱を発生し、高い内圧を形成します。電池温度が240℃を超える場合、バインダーの発熱反応が激しいリチウムカーボンアノードも使用。

目に見える、SEIフィルムのカソード表面の破損は、非常にアクティブなインターカレートされたliアノードと電解質の非常に発熱反応につながり、バッテリーの温度がバッテリーの熱暴走を引き起こす直接の理由です。そして、リンクの1つである発熱だけの熱暴走反応のアノード材料の分解は、最も主要な要因でさえありません。

リン酸鉄リチウム（LFP）構造は非常に安定した熱分解条件であり、通常は発生しませんが、LFPバッテリーには他の危険な副作用が依然として存在するため、「セキュリティ」のLFPバッテリーは相対的な意味です。上記の分析から、リチウム電気の安全性に対する温度制御の重要性がわかります。 3 cの小型バッテリー、大型パワーバッテリーと比較して、セル構造、作業モード、環境のさまざまな要因により熱放散が困難になるため、大型パワーバッテリーシステムは熱管理設計にとって非常に重要です。

電極材料の可燃性：有機溶媒を使用したリチウム電気は可燃性であり、引火点が低すぎるため、熱暴走の危険な動作につながり、可燃性液体コンポーネントの低引火点に点火しやすく、バッテリーの燃焼を引き起こします。リチウムイオン電池のアノードカーボン材料、ダイヤフラム、およびアノード導電性カーボンにも可燃性があります。

リチウム電気は燃焼の可能性がバッテリー爆発のリスクよりも高いですが、バッテリーは燃焼爆発を伴う必要があります。また、電池の割れや空気中の水分や酸素の湿度が高い外部環境では、リチウムのカーボン負極が埋め込まれているため、激しい化学反応により大量の熱が放出され、電池が焼損します。電極材料の可燃性は、排水二次電池の大きな違いの1つと比較してリチウムイオン電池です。

リチウム金属に関連する過充電の問題：二次電池のあらゆる種類の商品化、電池を完全に充電した状態に保つための過充電対策を効果的に防止する必要があり、不適切な過充電の安全性の問題を回避します。リチウムの電荷は、結晶構造の損傷や劣化のライフサイクルのアノード材料、アノードの酸化と熱暴走の表面の電解質の悪化、リチウムとネガティブ分析などの多くの深刻な結果をもたらし、短絡などのセキュリティ問題を引き起こします/熱暴走。

したがって、過充電を防ぐことは、リチウム電力使用の安全性にとって非常に重要です。排水二次電池では、充電電圧をリチウムイオン電池で制御し、過充電防止対策のみを防止します。主にリチウムイオン電池のアノード材料に由来し、原因の終わり近くでリチウム状態から完全にオフに変化し、グラファイトアノード充電プロセスの完全な程度を検出することは困難です（リチウム電位が非常に近いため）金属リチウムへ）、カソード電圧監視の難しさを回避するために、一般的に使用されるリチウムイオン電池の制限容量設計。

もちろん、別の主な役割の限界は、カソードに十分な追加容量を確保し、負のリチウムを防ぐことです。ただし、負の超過容量を変更する3つのことがあります。

グラファイトアノードの減衰率はアノード材料の容量よりも高く、ほとんどすべてのアノード材料の組み合わせがシステムで確認されています。

電極構造が原因で、設計が不合理であるか、または負のリチウム局所分析によって引き起こされる高比率、低温、過充電などの不適切な使用の条件下で。

電解質と不純物の負電荷度の増加によって引き起こされる副作用は、余分なリチウム貯蔵容量を徐々に失います。

これらの条件のいずれかが発生すると、カソードにつながり、リチウムの不足、リチウム貯蔵容量、および金属リチウムがリチウム電気の安全性の問題の主な原因であることが分析されます。大容量パワーバッテリーのこれらの問題はより深刻であり、BMSでさえこれらの問題を根本的に解決することはできません。

ここで著者は、上記の3つの要素がバッテリーでより顕著になることを強調します。つまり、古いバッテリーのセキュリティ問題は新しいバッテリーよりも深刻であり、この問題は十分な注意を払っていません。

非常にホットなトピックを議論するためのほぼ2年は、パワーバッテリーの「勾配開発」であり、再利用のためにパワーバッテリーの耐用年数（理論的には容量の残りの70％）に達し、エネルギー貯蔵の目的で使用されます。アイデアの出発点は良いですが、セキュリティの隠れた危険性の古いバッテリーと、一般的に質の悪いパワーバッテリーメーカーの現状の現在の国内のほとんどを考えると、パワーバッテリーの勾配開発は実用的ではないと個人的に思います短時間での操作性。

実際、別の角度から、排水二次電池とリチウム電気の安全性の問題を比較することもできます。水と二次電池の有機システムの両方の二次電池のすべては、そのセキュリティを充電することに基づいており、基本原理に基づく制限容量（負の超過容量）です。

この前提、過充電の結果が排水二次電池の生産である場合、リチウムイオン電池リチウムの陰極である場合は消えます。しかし、水性電解質を使用した各種排水二次電池は、過充電時に水が水素と酸素に分解されたり、電極水上の複合体の表面に水素と酸素が生成されたり、複合触媒が発生したりするという独特の性質があります。過充電保護を実装するために「酸素サイクル」の原理を広く使用している二次電池の排水を理解するのは難しいことではありません。

リチウムイオン電池では、アノードが反応性の高い金属リチウムを一度沈殿させますが、リチウム金属は除去されず、電池内部のセキュリティ問題を引き起こします。排水の二次電池の絶縁破壊電圧により、エネルギー密度がさらに向上しますが、排水の場合も、二次電池はほぼ完璧でかけがえのない過充電防止ソリューションを提供することを忘れないでください。

リチウムイオン電池やこのAngle二次電池からの排水と比較して、有機電解質を使用したリチウム電気は、可逆的な分解と再構築の特性を持たず、一度高反応性の金属リチウム生産を排除することはできません。したがって、ある意味で、セキュリティ問題に関するリチウムイオン電池は解決策ではありません！

熱制御技術（PTC）などの包括的なアプリケーションのいくつかの技術的手段によって、カソード表面のセラミックコーティングと過充電保護添加剤、電圧に敏感なダイアフラムと難燃性電解質はリチウム電気の安全性を効果的に改善できますが、これらの手段は熱力学系のリチウム電気は不安定であるため、基本的にリチウム電気の安全性の問題を解決します。一方、これらの対策は、コストを増加させるだけでなく、バッテリーのエネルギー密度を低下させます。

上記の要素が理解できると考えると、リチウム電気の「セキュリティ」は相対的な意味です。読者に、アルカリマンガン、鉛、ニッケル水素電池などの一般的な電池に気付くかもしれません。消費者は、リチウムイオン電池を除いて、店内でベアコアまで直接購入できます。

リチウム電力業界の規制によると、認定パック会社のバッテリーメーカーはバッテリーのみを販売します。これも、バッテリーとバッテリー保護ボードをパッケージにカプセル化して、消費者ではなく電気機器の生産者に販売します。バッテリーパックは一致している必要があります。方法の規定に厳密に従って使用される専用充電器を使用します。この特定のビジネスモデルの背後にある論理は、主にリチウム電気の安全性の考慮事項に基づいています。

ボーイング787の「夢」が業界に衝撃を与える前に、最近のSamsungGalaxyNote7と同様に、リチウムイオン電池の問題の安全性のために、リチウムイオン電池の問題が再び警告を発しました。

サムスンと比較して、アップルはバッテリー、バッテリー容量、最大充電電圧がサムスンよりも低いという点で比較的保守的に堅牢です。そして、4.4 V GalaxyNote7 LCOの高電圧に照らして、Appleは最近リリースされた新世代のI-phone 7で、同じ正極材料のI-4.35 VLCOPhone6シリーズを使用しています。

Appleは部分的に保守的な堅牢な戦略をとるためにバッテリーを使用しています。個人的には、主にセキュリティ上の考慮事項に基づいていると思います。Appleは、安全性を確保するために、バッテリー容量とエネルギー密度を少し犠牲にしたいと考えています。メディアの報道によると、Samsung GalaxyNote7は、直接的な経済的損失が20億ドルにもなる可能性があることを大規模に想起しているため、間接的なブランド価値の損失は計り知れません。

著者がここで強調する必要があるのは、BMSは、BMSの基本的な動作原理によって決定されるリチウムイオン電池の安全性の問題を解決できないということです。パワーバッテリーシステムのセキュリティは基本的にモノマーバッテリーに依存しており、大型パワーバッテリーパックのセキュリティ問題は拡大し、より顕著になります。近年、国内のリチウム電気業界では、リチウムイオン電池が他の二次電池に取って代わるということわざがあります。セキュリティの観点に関しては、この議論はばかげています。

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