Informazioni sul test di cortocircuito della batteria agli ioni di litio - Parte 2

Informazioni sul test di cortocircuito della batteria agli ioni di litio - Parte 2

Nella seconda fase, gli ioni Li sulla superficie dell'elettrodo vengono gradualmente consumati. La velocità di trasporto degli ioni Li nell'elettrolita è più lenta della velocità di reazione elettrochimica e gli ioni Li sulla superficie dell'elettrodo non possono essere reintegrati in modo tempestivo. Macroscopicamente, ciò si manifesta come una diminuzione della corrente di cortocircuito esterna fino al raggiungimento di un plateau di corrente. A questo punto, a causa della presenza costante del filo esterno, la polarizzazione persiste, manifestandosi come fluttuazioni di tensione intorno a un valore di plateau.

La terza fase può essere suddivisa in due situazioni: se il meccanismo di autoprotezione della batteria è efficace in questo momento, il percorso della corrente viene interrotto all'interno della batteria. Non formando più un circuito completo, la manifestazione macroscopica è che la corrente di cortocircuito diminuisce fino a zero. Poiché il circuito è interrotto all'interno della batteria, il dispositivo di test della tensione esterna non rileverà più la tensione della batteria, con conseguente diminuzione della tensione a zero.

Se i cavi esterni vengono interrotti manualmente prima che il meccanismo di autoprotezione della batteria entri in funzione A causa dell'interruzione del circuito, la corrente di cortocircuito diventa nulla. In questo momento, il dispositivo di test della tensione esterna può ancora rilevare la tensione della batteria. Dopo la scomparsa della corrente esterna, la polarizzazione dell'elettrodo scompare gradualmente e la tensione aumenta fino a raggiungere il valore di tensione precedente al cortocircuito esterno.

Tuttavia, una scarica ad alta velocità può portare alla generazione di litio morto, alla formazione di dendriti di litio e al danneggiamento dei materiali interni della batteria, con conseguente diminuzione della capacità della batteria e aumento dei rischi per la sicurezza.

L'impatto del SOC sulle batterie in caso di cortocircuito esterno. La reazione delle batterie a basso SOC in caso di cortocircuito esterno è identica a quella delle batterie ad alto SOC, con la differenza che:

A causa del basso SOC, più ioni Li sono incorporati nel materiale dell'elettrodo positivo e c'è meno Li nella soluzione esterna. Pertanto, nella prima fase, il valore di corrente di picco che la batteria può raggiungere diminuisce. In termini di tensione, poiché la polarizzazione ha un impatto molto maggiore sulla tensione rispetto alla concentrazione di ioni Li sul potenziale dell'elettrodo (che può essere inteso come 10000 cariche negative portate all'elettrodo positivo dal filo esterno, non importa se 10 o 20 ioni Li entrano ora nell'elettrodo positivo), si manifesta come la tensione di diverse batterie SOC che scende a valori simili

Supponendo che il calore necessario per innescare il meccanismo di autoprotezione della batteria sia lo stesso, secondo la legge di Joule Q=I ² Rt, la corrente delle batterie a basso SOC è più piccola di quella delle batterie ad alto SOC, il che comporta un tempo critico più lungo per le batterie a basso SOC

L'impatto della temperatura sulle batterie a corto circuito esterno

Quando la temperatura ambiente è elevata, il tempo critico della batteria si accorcia perché la capacità di dissipazione del calore della batteria si deteriora e una grande quantità di calore si accumula all'interno della batteria, consentendole di raggiungere una temperatura più elevata in un breve periodo di tempo

Per le batterie ad alto SOC, in caso di cortocircuito esterno, la corrente è maggiore e l'influenza della temperatura ambientale esterna sulla capacità di dissipazione del calore è limitata. Pertanto, il tempo critico delle batterie ad alto SOC non cambia molto a diverse temperature

Le alte temperature possono aumentare il tasso di diffusione delle sostanze, determinando valori di corrente di plateau più elevati e tempi critici più brevi per le batterie con lo stesso SOC a temperature ambientali elevate

L'impatto del tempo di cortocircuito esterno sulla batteria prima dell'attivazione del dispositivo di autoprotezione

Più lungo è il tempo, più lungo è il processo di scarica ad alta velocità della batteria e maggiore è il danno che provoca alla batteria Quando il calore Joule generato provoca il cedimento del diaframma, la batteria subisce un cortocircuito interno Le questioni relative ai cortocircuiti interni saranno discusse in seguito

3 Conclusione

Con l'analisi di cui sopra, abbiamo compreso i fenomeni che le batterie presentano quando sono sottoposte a cortocircuito esterno e abbiamo dedotto il modello di batteria per i cortocircuiti esterni:

In primo luogo, tutte le batterie hanno un valore di plateau di tensione di circa 1 V dopo un cortocircuito esterno? No, il valore del plateau di tensione è determinato dalle proprietà del materiale dell'elettrodo stesso. In diversi sistemi di batterie, i cortocircuiti esterni possono far sì che la batteria abbia valori di plateau di tensione diversi

In secondo luogo, non è certo se un cortocircuito esterno comporti necessariamente il fallimento delle prestazioni di sicurezza della batteria (indicate come "perdite" nell'articolo). Il processo di cortocircuito esterno è il processo di scarica ad alta velocità della batteria. Sebbene possa causare danni ai materiali interni della batteria e ridurne le prestazioni, non porterà a un fallimento della sicurezza in tutte le batterie Per le batterie di potenza, l'obiettivo iniziale della progettazione è la capacità di caricare e scaricare ad alte temperature. Le alte temperature ambientali e gli stati SOC elevati aumentano la probabilità di guasti di sicurezza in caso di cortocircuiti esterni