Analisi del test di sicurezza della batteria agli ioni di litio

Analisi del test di sicurezza della batteria agli ioni di litio

La sicurezza delle batterie agli ioni di litio è una nostra priorità, soprattutto nei settori legati alla sicurezza delle nostre vite e dei nostri beni, come le autovetture. Per garantire la sicurezza delle batterie agli ioni di litio, sono stati ideati diversi test di sicurezza per garantire la sicurezza delle batterie agli ioni di litio in caso di abuso. Pertanto, dal punto di vista dell'ottimizzazione della struttura della batteria, il superamento di questa serie di test di sicurezza è un nuovo problema da considerare.

In considerazione dei rischi per la sicurezza che le batterie agli ioni di litio possono incontrare nell'uso pratico, abbiamo progettato test di sicurezza come l'estrusione, l'agopuntura, il cortocircuito, la sovraccarica e la scarica, le alte e le basse temperature. Tra i vari test di sicurezza, quelli di estrusione, agopuntura e cortocircuito esterno che simulano i cortocircuiti interni ed esterni delle batterie agli ioni di litio sono i più convenzionali e difficili da superare. Il motivo principale è che la corrente istantanea nei due test di sicurezza è troppo elevata. A causa dell'impedenza ohmica e di altri fattori, nella batteria agli ioni di litio si genera una grande quantità di calore per un certo periodo di tempo. Limitato dalla struttura della batteria agli ioni di litio, questo calore non può diffondersi rapidamente all'esterno della batteria, con conseguente temperatura elevata della batteria agli ioni di litio, con conseguente decomposizione e combustione delle sostanze attive e dell'elettrolita, Causa del calore fuori controllo.

Prendendo come esempio la batteria quadrata comunemente utilizzata nei veicoli elettrici, a causa del design strutturale, la velocità di diffusione del calore generato in ogni parte della batteria è diversa, quindi ci sarà un evidente gradiente di temperatura nella direzione del piano e dello spessore della batteria. Soprattutto in caso di corrente elevata, il calore generato nella batteria, in particolare al centro della cella, non può essere ben diffuso, pertanto la temperatura all'interno della cella aumenterà bruscamente, con conseguenti problemi di sicurezza.

Test di estrusione

Nella prova di estrusione, con l'aumento del grado di deformazione della batteria, i collettori di corrente positivi e negativi saranno strappati per primi, scivolando lungo la linea di rottura a 45 gradi, e anche il materiale attivo sarà danneggiato, entrando nella linea di rottura a 45 gradi. Con il continuo aumento della deformazione del diaframma, quest'ultimo raggiunge infine il punto di rottura, causando il verificarsi di un cortocircuito positivo e negativo. Il cortocircuito positivo e negativo causato dall'estrusione è principalmente un cortocircuito puntuale. Pertanto, nel punto di cortocircuito si genera una corrente molto elevata e il calore viene rilasciato in modo intensivo, causando un forte aumento della temperatura nel punto di cortocircuito. Pertanto, è facile che il riscaldamento sia fuori controllo.

Test di penetrazione del chiodo

L'esperimento di penetrazione del chiodo è anche un metodo utilizzato per simulare il cortocircuito interno della batteria agli ioni di litio. Il suo principio di base consiste nell'utilizzare un ago metallico da inserire lentamente all'interno della batteria agli ioni di litio a una certa velocità, provocando un cortocircuito interno della batteria agli ioni di litio. A questo punto, l'energia dell'intera batteria agli ioni di litio viene rilasciata attraverso il punto di cortocircuito. Studi pertinenti dimostrano che quando si verifica il cortocircuito interno, al massimo circa il 70% dell'energia viene rilasciata attraverso il punto di cortocircuito entro 60 anni, e questa parte del calore viene infine convertita in energia termica. Poiché il calore generato non può essere diffuso in tempo, la temperatura istantanea del punto di cortocircuito può raggiungere più di 1000 ℃, con conseguente riscaldamento incontrollato.

Test di cortocircuito esterno

Rispetto ai precedenti esperimenti di estrusione e agopuntura, il test di cortocircuito esterno è relativamente blando. Il test di cortocircuito esterno consiste nel collegare la batteria agli ioni di litio a una resistenza fissa e la potenza della batteria agli ioni di litio viene rilasciata attraverso la resistenza. La corrente di cortocircuito può essere controllata in base alla resistenza fissa, da decine di ampere a centinaia di AMPS o addirittura migliaia di ampere. A causa della grande corrente, in breve tempo si accumulerà una grande quantità di calore nella batteria agli ioni di litio, che potrebbe portare alla fuga termica della batteria agli ioni di litio.

Il superamento del test di cortocircuito dipende principalmente dalla corrente di cortocircuito. Maggiore è la corrente di cortocircuito, più veloce sarà il tasso di generazione di calore della batteria agli ioni di litio, mentre il tasso di diffusione del calore della batteria agli ioni di litio non cambierà molto. Pertanto, significa che nella batteria agli ioni di litio si accumulerà più calore e la temperatura aumenterà maggiormente, il che può portare alla contrazione del diaframma, a problemi gravi come il cortocircuito degli elettrodi positivi e negativi, che porta alla fuga termica della batteria agli ioni di litio.

Il fattore principale che influenza la corrente di cortocircuito della batteria agli ioni di litio è il valore della resistenza di cortocircuito, seguito da fattori quali la resistenza interna e lo stato di carica della batteria agli ioni di litio. I ricercatori olandesi hanno scoperto che durante il processo di cortocircuito della batteria agli ioni di litio, la variazione di corrente è principalmente suddivisa nelle seguenti parti, e la corrente di scarica dell'area 1 della batteria può raggiungere 274c, Questa parte è principalmente guidata dalla scarica del doppio strato elettrico e dello strato di diffusione della batteria agli ioni di litio. Nell'area 2, la corrente di scarica della batteria agli ioni di litio può raggiungere i 50-60c. Il principale fattore limitante di questa parte di corrente è la diffusione del materiale. A causa dell'accumulo di calore, in quest'area può verificarsi la fuga termica della batteria. Nella regione 3, la corrente di scarica della batteria diminuisce gradualmente con la diminuzione della forza motrice.

La ricerca ha inoltre rilevato che il fattore principale che influisce sui risultati dei test di cortocircuito è il rapporto tra la resistenza di cortocircuito e la resistenza interna della batteria agli ioni di litio, che è addirittura superiore alla resistenza interna della batteria agli ioni di litio e allo stato di carica della batteria. Si può notare che quanto più il valore della resistenza di cortocircuito è vicino alla batteria agli ioni di litio, tanto più la batteria agli ioni di litio è soggetta a un runaway termico. La batteria agli ioni di litio può superare il test di sicurezza per i cortocircuiti solo quando il valore della resistenza di cortocircuito è superiore a 9-12 volte la resistenza interna della batteria agli ioni di litio. Infatti, non è difficile capire che nel processo di scarica da cortocircuito, il calore è generato principalmente dalla resistenza di cortocircuito del circuito esterno e dalla resistenza interna della batteria. Secondo la formula del calore di Joule P = I2R, quando la corrente è la stessa, la potenza di riscaldamento è direttamente proporzionale al campo di resistenza. Quando l'energia della batteria è certa, la parte con una grande resistenza genererà naturalmente più calore.

Dall'analisi di cui sopra, non è difficile capire che i fattori che influenzano i risultati dei test di sicurezza delle batterie agli ioni di litio sono essenzialmente il tasso di generazione di calore e il tasso di dissipazione del calore. Ridurre il tasso di generazione di calore durante il processo di test di sicurezza attraverso la progettazione di protezioni di sicurezza, o tagliare la corrente e prevenire la generazione continua di calore, se necessario, può evitare efficacemente il runaway termico delle batterie agli ioni di litio. Il secondo consiste nel migliorare il tasso di dissipazione del calore delle batterie agli ioni di litio. Migliorando il tasso di dissipazione del calore attraverso la progettazione strutturale della batteria agli ioni di litio, è possibile evitare efficacemente la temperatura della batteria agli ioni di litio. Soprattutto a livello di pacco batterie, è necessario dotarsi di mezzi di dissipazione del calore per dissipare rapidamente il calore in caso di fuga termica di alcune batterie agli ioni di litio, in modo da evitare reazioni a catena.