Säkerhetsegenskaper hos Li-jonbatterier i fältapplikationer
- Diarienummer
- SM10-0030
- Start- och slutdatum
- 110401-130730
- Beviljat belopp
- 583 433 kr
- Förvaltande organisation
- LUTAB
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Säkerhet är en av de viktigaste huvudfrågorna för införande av storskaliga litium-baserade batterier i elektrifierade fordon (e.g. hybrid- och elfordon). Bristen på gemensamma säkerhetsstandarder inom branschen med effektiva metoder för att utvärdera risker och säkerhetsegenskaper försenar teknikutvecklingen och hindar fordonsindustrin. Till skillnad från traditionella batterikemier, som kan beskrivas som homogena inom respektive huvudkemi, består Li-jonbatterierna av ett antal olika cell kemier, beroende på vilka aktiva material som anoden repektive katoden består av. Varje celltyp har en egen karakteristik vilket medför att säkerhetsbedömnngen för Li-jonbatterier måste hanteras på ett nytt sätt. Målet med det föreslagna forskningsprojektet är att: 1. Identifiera vilka faktorer som utlöser riskbeteenden hos de olika Li-jonkemierna som förekommer på marknaden (LFP, LMO, NCA, NCM samt andra blandoxider som innehåller CoO2 2. Föreslå metoder att förebygga eller mildra effekten av de här säkerhetsriskerna baserat på cellkemi 3. Utreda hur väl de nuvarande provningsmetoderna fungerar som diagnostiska verktyg för att förutspå potentiella säkerhetsproblem i fältmiljö 4. Föreslå hur de befintliga provningsmetoderna kan modifieras för att förbättra deras förmåga att förutspå riskfyllt beteende hos batterier i fältapplikationer 5. Utveckla kontrollerade metoder att initiera lokal termisk rusning för att kunna studera spridningsmekanismer och termisk kontroll inne i batteriet
Populärvetenskaplig beskrivning
Laddningsbara litiumbattierer har etablerat sig som det självklara valet av energikälla i många bärbara applikationer, t ex mobiltelefoner, digitalkameror och bärbara datorer. Den låga vikten och höga energitätheten medför att litiumjonbatterier är attraktiva även för fordonsindustrins satsning på elektrifierade fordon, hybrid- respektive elbilar. Fordonsdrift ställer helt andra krav på livslängd och elektrisk prestanda än konsumentelektronik vilket har lett till att man utvecklat nya typer av litiumjonceller, delvis med helt nya aktiva material, som tillåter snabbladdning och höga effektuttag. Litiumjonbatterier är alltså inte en homogen grupp utan består av flera olika cellkemier med olika egenskaper beroende på vilken materialkombination som valts. Hög energitäthet är en av litiumbatteriernas huvudsakliga styrkor men också orsaken till att riskerna med litiumbaserade kemier är större än för andra batterisystem när något går fel. Säkerheten är en central fråga och blir av allt viktigare allt eftersom batterierna blir större, både med avseende på spänning och energiinnehåll. Det finns ingen allmänt vedertagen säkerhetsstandard för hur litiumbatterier till fordon skall utvärderas och detta utgör ett stort hinder för den tekniska utvecklingen eftersom det skapar en osäkerhet på marknaden. De testmetoder som utvecklats och funnits användbara på traditionella,bly-, nickel-kadmium och nickelmetallhydridbatterier har visats sig vara bristfälliga för litiumjonbatterier och lyckas inte identifiera batterityper och -individer som löper förhöjd risk att utveckla säkerhetsproblem efter en tid tids använding i fält. Projektets syfte är att identifiera kritiska triggerpunkter för riskbeteende hos de på marknaden vanligt förekommande litiumjonkemierna samt söka modifiera eller utveckla nya testmetoder som är bättre på att förutsäga vilka batterityper som har förhöjd risk för att på så sätt bidra till utvecklingen av en gemensam industristandard för det här batterityperna.