Fuga termica della batteria al litio causata dalla penetrazione di un chiodo - Parte 1

Fuga termica della batteria al litio causata dalla penetrazione di un chiodo - Parte 1

Negli ultimi anni, la crisi energetica globale e l'inquinamento ambientale sono diventati sempre più gravi. In quanto accumulatori di energia pulita e non inquinante, le batterie agli ioni di litio vengono gradualmente applicate ai veicoli a nuova energia, alle apparecchiature di accumulo di energia per la conversione dell'energia solare, alle apparecchiature di comunicazione mobile e ad altri campi. Attualmente, i veicoli a energia nuova con batterie agli ioni di litio sono presenti in un numero crescente di città, ma alcuni potenziali rischi per la sicurezza sono stati gradualmente evidenziati. Secondo il rapporto di indagine sugli incendi dei veicoli a energia nuova, la maggior parte degli incendi è causata dal calore della batteria fuori controllo. L'uso improprio, i danni accidentali o i difetti delle batterie agli ioni di litio possono portare a esplosioni e incendi. Tra le molte ragioni che innescano la fuga termica della batteria, l'agopuntura è un comportamento distruttivo irreversibile che causa il danneggiamento della batteria. Quando la batteria viene perforata da oggetti appuntiti o sottoposta a una grande forza d'urto, provoca danni meccanici alla batteria, rompe la struttura interna della batteria ed espone direttamente i materiali interni. Allo stesso tempo, è facile che si crei un cortocircuito tra i poli positivo e negativo all'interno della batteria, che genererà una grande quantità di calore e farà aumentare rapidamente la temperatura, causando il rischio di fuga termica.

I precedenti lavori di ricerca si sono concentrati principalmente sul modello termico dell'agopuntura delle batterie e sull'esperimento di agopuntura, ma per quanto riguarda i danni da agopuntura, le ricerche esistenti sul modello di fuga termica dell'agopuntura non consideravano la casualità della fuga termica innescata dall'agopuntura, e i soggetti dell'esperimento di agopuntura erano per lo più batterie a pannelli piatti, ma le caratteristiche anti-agopuntura delle batterie a pannelli piatti erano buone. Sulla base del lavoro di ricerca esistente, è stata scelta come oggetto la batteria cilindrica al litio-ferro-fosfato e sono stati studiati in modo approfondito i cambiamenti della forma, della tensione e della temperatura superficiale della batteria in caso di fuga termica, fornendo un valore di riferimento per l'uso sicuro e la prevenzione dell'agopuntura della batteria al litio-ferro-fosfato.

1.Meccanismo di occorrenza

Nella batteria cilindrica al litio ferro fosfato, ogni unità elettrodica è composta da elettrodi positivi e negativi, collettore di corrente bipolare, diaframma, ecc. L'unità di elettrodi è immersa nell'elettrolita e sigillata nel guscio della batteria, mentre la valvola di scarico della pressione della batteria si trova vicino al capocorda del polo positivo della batteria. Quando la batteria viene perforata da una baionetta, più unità elettrodiche vengono perforate e tutte le unità elettrodiche perforate partecipano alla scarica. A causa dell'errore nella posizione di foratura della batteria e della leggera deviazione del processo di produzione della batteria, la puntura e l'unità elettrodo danneggiata produrranno diverse interfacce di contatto casuali, che spesso influenzeranno l'effetto di scarica dell'unità elettrodo e la dimensione della resistenza dell'interfaccia di contatto.

Quando la batteria viene perforata, le particelle al suo interno migrano. I collettori di corrente positivi e negativi all'interno della batteria sono equivalenti a uno stato di cortocircuito e una grande corrente viene generata istantaneamente dal collettore di corrente positivo al collettore di corrente negativo attraverso la baionetta. Il Li viene rimosso dalla struttura di litio incorporata nell'elettrodo negativo, entra nell'elettrolita e migra attraverso il diaframma verso l'elettrodo positivo. Quando la batteria viene perforata, l'interfaccia di contatto casuale influisce sulla scarica interna della batteria.

Se il contatto tra l'ago e più unità elettrodiche è buono, ci saranno più unità elettrodiche che parteciperanno alla scarica in cortocircuito e il calore sarà maggiore. Se l'ago entra in contatto solo con alcune unità elettrodiche, il numero di unità elettrodiche che partecipano alla scarica è relativamente piccolo, anche il calore generato sarà relativamente piccolo e la reazione di fuga termica della batteria è relativamente lieve. Durante il processo di cortocircuito interno della batteria, il calore generato durante il violento processo di scarica sarà maggiore e la temperatura della batteria aumenterà.

In generale, la situazione specifica della batteria colpita dal cortocircuito interno dell'ago è complessa e mutevole, ed è difficile misurare i cambiamenti precisi di parametri quali la corrente di cortocircuito, la resistenza interna della batteria e l'unità elettrodica che partecipa alla reazione. Pertanto, il presente documento studierà e analizzerà le variazioni di tensione della macro batteria esterna e la temperatura superficiale della batteria.

2.Camera di prova della penetrazione del chiodo

Il corpo principale della piattaforma sperimentale di agopuntura si basa sulla macchina di prova per agopuntura a estrusione di batteria prodotta da DGBELL. Nella camera di prova, la velocità dell'ago può essere impostata a 20 mm/s tramite il pannello operativo e l'ago è selezionato in acciaio al tungsteno da 5 mm, la corsa dell'ago è di 200 mm (la batteria è completamente perforata). Allo stesso tempo, la tensione e la temperatura superficiale della batteria vengono misurate online e i dati raccolti vengono salvati nel computer superiore per la successiva elaborazione dopo il passaggio della scheda di acquisizione dati.

La batteria sperimentale è una batteria al litio ferro fosfato 32650. La batteria è fissata con un morsetto speciale, che impedisce la deviazione radiale della batteria durante l'esperimento. Posizionare la batteria nella camera di prova di perforazione con funzione antideflagrante, staccare la pelle di plastica a una distanza di 15 mm e 45 mm dall'estremità negativa della batteria e posizionare il punto di misurazione della termocoppia patch di tipo K sulla superficie del guscio della batteria. La posizione dell'ago è a 30 mm dall'elettrodo negativo. Dopo aver forato la batteria, l'ago rimane all'interno della batteria per 600 secondi.

Considerando la casualità dell'interfaccia di contatto tra l'ago e l'unità elettrodica danneggiata dopo che l'ago è penetrato nella batteria nell'esperimento, sono state selezionate per l'esperimento sei batterie al litio ferro fosfato 32650 con carica completa (SOC=1) e sono stati confrontati e analizzati i risultati sperimentali di sei gruppi di esperimenti con ago. La temperatura ambiente di ogni esperimento è stata controllata a (20+2) ℃. Per evitare che il gruppo di esperimenti precedente influisca sul gruppo di esperimenti successivo, l'intervallo tra i due gruppi di esperimenti adiacenti è di 24 ore e ogni esperimento deve essere sostituito con un nuovo ago in acciaio al tungsteno.