Test di cortocircuito interno della batteria agli ioni di litio

Test di cortocircuito interno della batteria agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate in vari settori, come i dispositivi mobili, l'accumulo di energia e i veicoli a nuova energia, con i loro vantaggi di elevata durata del ciclo di vita rispetto all'energia, ma rispetto ad altri tipi di batterie, la loro sicurezza è il problema principale che deve essere risolto. Le batterie agli ioni di litio producono problemi di sicurezza principalmente attraverso la generazione di calore e, infine, la via dell'incarnazione della fuga termica e le ragioni della formazione della fuga termica sono principalmente il cortocircuito, il guasto della connessione, la cottura ad alta temperatura, l'immersione in acqua, eccetera, di cui il cortocircuito è la causa più comune di fuga termica Il cortocircuito è diviso in cortocircuito esterno e cortocircuito interno, il cortocircuito esterno può essere controllato attraverso la protezione dei componenti ausiliari e l'ottimizzazione della strategia, mentre il cortocircuito interno è difficile da controllare efficacemente. In questo articolo, lo studio sistematico del metodo di simulazione del principio del cortocircuito interno e delle misure di rilevamento preventivo consentirà di comprendere più a fondo il metodo di controllo dei problemi di sicurezza delle batterie e di fornire un riferimento per una più ampia applicazione delle batterie agli ioni di litio.

Metodo di prova per la simulazione del cortocircuito

I test di penetrazione dei chiodi, estrusione, caduta, impatto pesante e altri sono i metodi di prova di simulazione del cortocircuito più comuni negli standard, come QC/T743-2006, SAND2005-3123, UL2580-2011, SAE2464 e altri.

Per simulare meglio l'effetto del cortocircuito, i vari metodi di prova sono condizionati dalla norma. I test di agopuntura specificano la velocità di puntura dell'ago (QC/T743-2006 richiede 10~40 mm/s, altri standard richiedono 80 mm/s) e il diametro dell'ago (generalmente 3~8 mm); l'esperimento di estrusione specifica la quantità di deformazione della pressione di estrusione (100 kN o 1000 volte la massa del provino) (generalmente il 50% della deformazione) e la forma del disco di estrusione (piastra di estrusione da 30 mm con un raggio di 75 mm); La prova di caduta specifica le condizioni per l'altezza di caduta (da 1 a 2 m) e la superficie di contatto (terreno duro orizzontale o non piano) al momento della caduta.

Il metodo sperimentale di cortocircuito simulato comprende anche l'esperimento di riscaldamento a sovraccarico illimitato con resistenza parallela equivalente. Il sovraccarico illimitato consiste nel caricare la batteria di prova completamente carica con una corrente costante fino a quando la tensione scende a 0V o produce un'esplosione di combustione è piccola: l'esperimento di riscaldamento consiste nel riscaldare il campione sperimentale, la temperatura di riscaldamento è determinata dalla resistenza termica del diaframma e il restringimento del diaframma dopo il riscaldamento causa un cortocircuito interno: La resistenza equivalente parallela è rivolta principalmente al monomero parallelo e uno dei monomeri viene commutato con una resistenza equivalente per simulare un cortocircuito interno.

Il vantaggio di questo metodo è che è semplice e di facile attuazione, mentre lo svantaggio è che riflette solo il fenomeno apparente dopo il cortocircuito interno e l'accumulo di energia termica generato prima del cortocircuito interno senza limitazione di sovraccarico non può essere ben definito per il calore rilasciato dopo il cortocircuito. Inoltre, vi è anche una certa incertezza su quale parte della cella sia il cortocircuito interno causato dal metodo 14 di cui sopra, con alcune limitazioni nell'analisi del meccanismo.

Il cortocircuito interno forzato consiste principalmente nell'aggiungere parti metalliche incorporate e fori di foratura del diaframma all'interno della batteria e quindi combinare la forma di estrusione esterna per ottenere cortocircuiti interni in diverse parti della batteria. Inoltre, il centro del cortocircuito viene valutato aggiungendo un metallo o una lega a basso punto di fusione all'elettrodo, riscaldandolo e fondendolo, monitorando la temperatura della tensione, il suono, la luce e altri modi (6. Questi metodi possono riflettere meglio l'impatto dei cortocircuiti in diverse parti della batteria È favorevole all'analisi del meccanismo Lo svantaggio è che la batteria deve essere isolata dall'aria durante il processo di smontaggio e assemblaggio, e ci sono anche requisiti rigorosi per l'umidità, la pulizia e il livello di imballaggio.

Misure di prevenzione del cortocircuito interno e metodi di rilevamento

1.Misure di prevenzione del cortocircuito interno

(1) Materiali della batteria, miglioramento del processo

Si previene principalmente passando all'uso di materiali per diaframmi e utilizzando additivi per elettroliti per evitare che le impurità si mescolino nel processo di produzione della batteria e nel test di affidabilità del processo di produzione.

Il rischio di cortocircuiti può essere ridotto al minimo utilizzando diaframmi in ceramica. Se il cortocircuito è inevitabile, la corrente di cortocircuito può essere ridotta anche rivestendo il materiale dell'elettrodo con uno strato di materiale PTC, in modo da aumentare la resistenza dello strato PTC quando si verifica il cortocircuito, sopprimendo in tal modo la generazione di un salto termico. Inoltre, poiché l'elettrolita attualmente utilizzato si basa sul sistema alchilcarbonato è facile da volatilizzare e bruciare nella batteria, l'uso improprio dell'accumulo di calore produrrà combustione o esplosione, progettando l'elettrolita come elettrolita ritardante di fiamma o utilizzando un elettrolita liquido ionico o aggiungendo materiale oligomerico maleimide ridurrà notevolmente i rischi per la sicurezza generati dai cortocircuiti.

Ottimizzare e migliorare il processo di rimozione delle impurità nella produzione delle celle della batteria per rimuovere la polvere di ferro e metallo, da un lato, per evitare reazioni collaterali irreversibili con l'elettrolita durante la carica e la scarica, dall'altro, la presenza di particelle di impurità aumenta ulteriormente il rischio di perforare il diaframma e di causare cortocircuiti interni. I raggi X possono essere utilizzati anche per rilevare l'allineamento delle piastre interne della batteria, evitando così il potenziale rischio di cortocircuiti.

(2) Uso della batteria

Evitare la carica a bassa temperatura delle batterie al litio. In condizioni di bassa temperatura, la conducibilità ionica e il coefficiente di diffusione delle batterie agli ioni di litio si riducono notevolmente, il che può facilmente portare all'evoluzione del litio durante la carica; pertanto, la batteria deve essere preriscaldata alla temperatura di carica appropriata quando viene utilizzata a bassa temperatura, in modo da evitare che la batteria generi dendriti di litio e quindi forare il diaframma durante la carica a bassa temperatura.

Design ridondante del tasso di carica e scarica della batteria. Il design ridondante consente alla batteria di funzionare sempre in uno stato di basso carico, in modo da proteggere efficacemente la batteria e ridurre notevolmente il rischio di cortocircuiti interni in presenza di carichi elevati.

Migliorare il design della conduttività termica della batteria o sopprimere la capacità di produzione di calore, perché il cortocircuito interno della batteria genera immediatamente una grande quantità di calore. Se il calore si accumula, porterà alla decomposizione dell'elettrolito, alla reazione di ossidazione/riduzione tra l'elettrolito e la superficie positiva/negativa degli elettrodi positivi e negativi, al restringimento e alla decomposizione del diaframma, con conseguente fuga termica.

2.Un mezzo per rilevare i cortocircuiti all'interno della batteria

Rilevamento termico: per determinare se si è verificato un cortocircuito, si collega una termocoppia alla parete laterale della batteria per rilevare le variazioni di temperatura. Poiché il calore viene condotto dall'interno verso l'esterno quando si verifica il cortocircuito, la temperatura mostra un certo ritardo, per cui la situazione di cortocircuito non può essere rilevata immediatamente.

Il rilevamento delle anomalie di tensione controlla la situazione di cortocircuito interno della batteria monitorando la caduta di tensione durante il processo di carica continua a piccola corrente; ad esempio, quando si carica una batteria da 80Ah con una corrente costante di 3A, se la caduta di tensione supera i 100mV, si determina che la batteria ha un cortocircuito interno.

Rilevamento delle anomalie di capacità: Esiste un brevetto che riguarda il metodo di rilevamento del cortocircuito interno: nel processo di carica, confrontando la capacità di carica con la capacità di riferimento all'interno dell'intervallo di tensione attualmente impostato, poiché quando si verifica il cortocircuito interno, una parte dell'energia elettrica sarà convertita in dissipazione di energia termica, in modo che la capacità di carica durante il processo di carica sarà più alta rispetto a quando non si verifica il cortocircuito interno, quindi quando la capacità di carica è superiore alla capacità di riferimento, viene segnalato l'errore di cortocircuito interno Quando la capacità di carica è inferiore o uguale alla capacità di riferimento, lo stato della batteria è normale.

Sintesi

Il cortocircuito interno della batteria agli ioni di litio è molto facile da provocare, quindi dal meccanismo della mano per cogliere la causa della sua formazione, attraverso la simulazione per studiarlo ulteriormente, in modo che attraverso una varietà di mezzi per prevenire e rilevare il cortocircuito interno della batteria agli ioni di litio, in modo da garantire la sicurezza della batteria agli ioni di litio durante l'uso.