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Test parziale sulla sicurezza della batteria al litio-Parte 1
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Test parziale sulla sicurezza della batteria al litio-Parte 1
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Dalla produzione di massa della batteria al litio, ha rapidamente guidato la tendenza nel campo della batteria con le sue eccellenti prestazioni come il rapporto di alta energia, la lunga durata del ciclo e l'alta tensione dell'elettrodo. Ha un vantaggio assoluto nel telefono cellulare, nel computer e in altre industrie, ed è diventato uno dei temi di ricerca importanti dei nuovi veicoli energetici. Al fine di soddisfare le esigenze del mercato per l'alta energia di stoccaggio, le imprese aumentano la ricerca e lo sviluppo dell'energia specifica di una singola batteria. Anche se può migliorare il tempo di standby dei telefoni cellulari, rende anche la densità di energia di volume di una singola batteria sempre più alta, e i suoi problemi di sicurezza diventano sempre più importanti. Il principale fattore restrittivo per la promozione commerciale delle batterie ad alta capacità e agli ioni di litio è la sicurezza, e ci sono molti potenziali pericoli per la sicurezza. Al fine di analizzare e risolvere tali problemi, sono stati proposti diversi standard di sicurezza internazionali, come IEC62133, UL1642, IEEE1625, ecc; Lo standard raccomandato GB / T18287-2000 è stato introdotto anche in Cina. Allo stesso tempo, al fine di garantire la sicurezza delle batterie al litio nell'aviazione, nel trasporto a lunga distanza e nell'uso delle attrezzature, sono stati introdotti gli standard UN38.3, GB4943 e così via. Tuttavia, negli ultimi anni, con l'utilizzo su larga scala del mercato e l'aumento della capacità propria della batteria, la probabilità di gravi problemi come il fuoco e l'esplosione di batterie al litio in condizioni di abuso (come il riscaldamento sovraccarico e sovra-scarico, corto circuito, vibrazioni, estrusione, ecc) è notevolmente aumentato. Le lesioni esplosione risultante o prodotti di richiamo a causa di pericoli per la sicurezza spesso causare effetti fatali sulle imprese Varie aziende stanno investendo nello sviluppo di nuove tecnologie di prevenzione della sicurezza della batteria al litio, mentre la simulazione di possibili problemi di effettuare metodi di rilevamento più corrispondenti, come il Giappone JISC8714 obbligatorio interno corto circuito test IEC superiore e inferiore test di temperatura limite significa agopuntura test. Al fine di soddisfare la domanda del mercato, gli standard di sicurezza esistenti sono stati aggiornati anche in Cina, e rivisti in GB/T18287-2013, GB31241-2014; Questo articolo esplora brevemente alcuni degli attuali metodi di rilevamento.
Test di penetrazione del chiodo
Il test di agugliatura è un cortocircuito interno forzato. Sotto la temperatura ambiente di 20 ℃ ± 5 ℃, la batteria è completamente caricata con la corrente di carica standard, una termocoppia è incollata vicino al centro della batteria e posta nella cappa, e un ago di acciaio inossidabile del diametro di 3mm è usato per perforare rapidamente la batteria alla velocità di 20mm / s. L'ago deve penetrare completamente all'altro lato della batteria, e poi l'ago d'acciaio rimane fermo per 1 minuto. Osservare se la batteria ha fuoco ed esplosione, e rilevare i dati di cambiamento della temperatura della batteria allo stesso tempo. Lo standard di passaggio dell'esperimento è che la batteria non si incendia e non esplode. Perché questo tipo di test non è facile da superare, c'è una controversia sul problema di simulazione dello scenario, e il test non è elencato nella norma nazionale GB / T18287. QC / T743-2006 ha un test dell'ago: utilizzare un ago d'acciaio resistente alle alte temperature ø 3mm ~ ø 8mm per penetrare dalla direzione perpendicolare alla piastra della batteria (l'ago d'acciaio rimane nella batteria). La batteria non deve esplodere o prendere fuoco.
La prova di penetrazione del chiodo simula il problema di sicurezza dopo che gli oggetti stranieri, specialmente le sostanze taglienti del metallo pugnalano la superficie della batteria. In questo momento, il film di isolamento della batteria è perforato e gli elettrodi positivi e negativi della batteria sono cortocircuitati istantaneamente. La corrente di cortocircuito può produrre molto calore istantaneamente. L'agopuntura provoca il cortocircuito della batteria nel punto di agopuntura. L'ago d'acciaio stesso diventa il punto di corto circuito e genera una grande quantità di calore per formare un'area locale di surriscaldamento lungo la batteria intorno all'ago d'acciaio. Impostare la resistenza DC della batteria come R, la resistenza di cortocircuito dell'area di cortocircuito come r, la tensione della batteria come U e la potenza di generazione di calore nell'area del circuito Q: Q = U²r / (R + r)². Quando la temperatura nella zona di surriscaldamento locale supera il punto critico, porterà al riscaldamento fuori controllo. Attualmente, l'elettrolita più comunemente usato per le batterie industriali agli ioni di litio è il solvente misto di LiPF6 e carbonato di alchile (tra cui ECPC, decemc, ecc.). I punti di infiammabilità di questi solventi comuni sono i seguenti: 160 ℃ (EC) 132 ℃ (PC) 31 ℃ (DEC) 31C (DMC). Allo stesso tempo, l'elettrolita manderà anche la reazione di decomposizione. La reazione di decomposizione avviene tra 170 ℃ e 330 ℃, e il rilascio di calore è di circa 460 J/g, che è legato al sale di litio e al solvente. Si trova nell'esperimento che la temperatura della batteria generale sale bruscamente dopo che l'ago è in corto circuito, e può raggiungere circa 120 ℃ in pochi secondi. Poiché il carbonato di alchile è molto facile da bruciare, quando il guscio della batteria agli ioni di litio è perforato, il solvente fuoriesce e contatta l'ossigeno nell'aria, è possibile accendere il solvente organico nella zona surriscaldata vicino all'ago d'acciaio, che causerà l'accensione o la detonazione della batteria internamente.
Le batterie al litio sono costituite da più elettrodi positivi e negativi collegati in parallelo, come mostrato nella figura 1. La punta del chiodo perfora prima lentamente la membrana di isolamento positivo e negativo del primo strato, in questo momento, la corrente di scarica del primo strato di pezzi di elettrodi in parallelo è molto grande, e i restanti pezzi di elettrodi senza cortocircuito vengono scaricati e riscaldati attraverso il primo punto di cortocircuito; Continuare a penetrare nella membrana di isolamento del secondo frammento di elettrodo, e gli elettrodi rimanenti che non sono ancora stati cortocircuitati sono leggermente ridotti dalla corrente di scarica nei due punti di cortocircuito attuali; Continuando a perforare, la corrente di cortocircuito continua a diminuire in modo sequenziale fino a penetrare completamente la membrana di isolamento del pezzo di elettrodo parallelo della batteria. A questo punto, il punto di cortocircuito si verifica tra tutti gli elettrodi, e il cortocircuito continua a verificarsi con una corrente di cortocircuito minima. Se la velocità di puntura dell'ago è più veloce, come 40mm/s, la corrente di cortocircuito può fondamentalmente essere considerata che tutti i pezzi dell'elettrodo sono riscaldati sotto la stessa corrente di cortocircuito; Se la velocità è lenta, come 0,1mm/s, quando perfora nel pre-elettrodo, la corrente di scarica è grande, il calore istantaneo è più, e l'alta temperatura è generata, che può stimolare la reazione di decomposizione dell'elettrolita, causando la batteria per bruciare sul fuoco. Se la punta dell'ago ha appena perforato la superficie della batteria durante l'esperimento e si è fermata, la corrente di cortocircuito è estremamente grande in questo momento, e la possibilità di incendio è molto grande. Per garantire la ripetibilità e la riproducibilità del test, è necessario specificare accuratamente l'attrezzatura utilizzata, determinare il diametro, la durezza, la finitura superficiale, la lunghezza e la conicità della punta dell'ago, determinare il numero di volte che l'ago viene riutilizzato e le condizioni di smaltimento; garantire di penetrare la batteria alla stessa velocità in ogni momento. Anche la profondità di penetrazione della batteria richiede una specifica uniforme.