Análisis de la prueba de seguridad de la batería de iones de litio

Análisis de la prueba de seguridad de la batería de iones de litio

La seguridad de las baterías de iones de litio es nuestra prioridad, especialmente en los campos relacionados con la seguridad de nuestras vidas y propiedades, como los turismos. Con el fin de garantizar la seguridad de la batería de iones de litio, la gente ha diseñado una serie de pruebas de seguridad para garantizar la seguridad de la batería de iones de litio en caso de abuso. Por lo tanto, desde la perspectiva de la optimización del diseño de la estructura de la batería, cómo superar esta serie de pruebas de seguridad es un nuevo problema que debemos considerar.

En vista de los riesgos de seguridad que las baterías de iones de litio pueden encontrar en el uso práctico, hemos diseñado pruebas de seguridad como extrusión, acupuntura, cortocircuito, sobrecarga y descarga, alta y baja temperatura. Entre las numerosas pruebas de seguridad, las de extrusión, acupuntura y cortocircuito externo, que simulan cortocircuitos internos y externos de las baterías de iones de litio, son las más convencionales y difíciles de superar. La razón principal es que la corriente instantánea en las dos pruebas de seguridad es demasiado grande. Debido a la impedancia óhmica y a otros factores, se genera una gran cantidad de calor en la batería de iones de litio durante un periodo de tiempo. Limitado por la estructura de la batería de iones de litio, este calor no puede difundir rápidamente al exterior de la batería, lo que resulta en la alta temperatura de la batería de iones de litio, lo que resulta en la descomposición y la combustión de sustancias activas y electrolito, Porque el calor para salir de control.

Tomando como ejemplo la batería cuadrada comúnmente utilizada en los vehículos eléctricos, debido al diseño estructural, la velocidad de difusión del calor generado en cada parte de la batería es diferente, por lo que habrá un gradiente de temperatura evidente en la dirección del plano y en la dirección del espesor de la batería. Especialmente en caso de corriente elevada, el calor generado en la batería, especialmente en el centro de la celda, no puede difundirse bien, por lo que la temperatura en el interior de la celda aumentará bruscamente, dando lugar a problemas de seguridad.

Prueba de extrusión

En la prueba de extrusión, con el aumento del grado de deformación de la batería, los colectores de corriente positivo y negativo se desgarrarán primero, se deslizarán a lo largo de la línea de fallo de 45 grados, y el material activo también se dañará y entrará en la línea de fallo de 45 grados. Con el aumento continuo de la deformación del diafragma, éste alcanza finalmente el punto de fallo, provocando la aparición de cortocircuitos positivos y negativos. El cortocircuito positivo y negativo causado por la extrusión es principalmente un cortocircuito puntual. Por lo tanto, se generará una corriente muy grande en el punto de cortocircuito, y el calor se liberará intensamente, haciendo que la temperatura en el punto de cortocircuito aumente bruscamente. Por lo tanto, es fácil que se produzca un calentamiento descontrolado.

Prueba de penetración de clavos

El experimento de penetración de clavos también es un método utilizado para simular el cortocircuito interno de la batería de iones de litio. Su principio básico consiste en utilizar una aguja metálica para introducirla lentamente en el interior de la batería de iones de litio a cierta velocidad, lo que provoca el cortocircuito interno de la batería de iones de litio. En ese momento, la energía de toda la batería de iones de litio se libera a través del punto de cortocircuito. Los estudios pertinentes muestran que cuando se produce el cortocircuito interno, como máximo, alrededor del 70% de la energía se liberará a través del punto de cortocircuito en 60s, y esta parte del calor se convertirá finalmente en energía térmica. Dado que el calor generado no puede difundirse a tiempo, la temperatura instantánea del punto de cortocircuito puede alcanzar más de 1000 ℃, lo que provoca un calentamiento incontrolado.

Prueba de cortocircuito externo

En comparación con los experimentos anteriores de extrusión y acupuntura, la prueba de cortocircuito externo es relativamente suave. La prueba de cortocircuito externo consiste en conectar la batería de iones de litio a una resistencia fija, y la energía de la batería de iones de litio se libera a través de la resistencia. La corriente de cortocircuito puede controlarse en función de la resistencia fija, desde decenas de amperios hasta cientos de AMPS, o incluso miles de amperios. Debido a la gran corriente, se acumulará una gran cantidad de calor en la batería de iones de litio en poco tiempo, lo que puede provocar el desbordamiento térmico de la batería de iones de litio.

La corriente de cortocircuito es el principal factor que influye en la superación de la prueba de cortocircuito. Cuanto mayor sea la corriente de cortocircuito, más rápida será la tasa de generación de calor de la batería de iones de litio, y la tasa de difusión de calor de la batería de iones de litio no cambiará mucho. Por lo tanto, significa que se acumulará más calor en la batería de iones de litio y la temperatura aumentará más, lo que puede provocar la contracción del diafragma, problemas graves como el cortocircuito de los electrodos positivo y negativo, que conduce al desbordamiento térmico de la batería de iones de litio.

El principal factor que afecta a la corriente de cortocircuito de la batería de iones de litio es el valor de la resistencia de cortocircuito, seguido de factores como la resistencia interna y el estado de carga de la batería de iones de litio. Investigadores de los Países Bajos descubrieron que durante el proceso de cortocircuito de la batería de iones de litio, el cambio de corriente se divide principalmente en las siguientes partes, y la corriente de descarga del área 1 de la batería puede alcanzar 274c, Esta parte es impulsada principalmente por la descarga de la doble capa eléctrica y la capa de difusión de la batería de iones de litio. En el área 2, la corriente de descarga de la batería de iones de litio puede alcanzar 50-60c. El principal factor limitante de esta parte de la corriente es la difusión del material. Debido a la acumulación de calor, en esta zona puede producirse el desbordamiento térmico de la batería. En la región 3, la corriente de descarga de la batería disminuye gradualmente con la disminución de la fuerza motriz.

Su investigación también descubrió que el principal factor que afecta a los resultados de las pruebas de cortocircuito es la relación entre la resistencia al cortocircuito y la resistencia interna de la batería de iones de litio, que es incluso mayor que la resistencia interna de la batería de iones de litio y el estado de carga de la batería. Se puede observar que cuanto más cerca esté el valor de la resistencia al cortocircuito de la batería de iones de litio, más propensa será ésta al desbordamiento térmico. La batería de iones de litio sólo puede superar la prueba de seguridad de cortocircuito cuando el valor de la resistencia de cortocircuito es superior a 9-12 veces la resistencia interna de la batería de iones de litio. De hecho, no es difícil comprender que en el proceso de descarga por cortocircuito, el calor es generado principalmente por la resistencia al cortocircuito del circuito externo y la resistencia interna de la batería. Según la fórmula del calor Joule P = I2R, cuando la corriente es la misma, la potencia calorífica es directamente proporcional al rango de resistencia. Cuando la energía de la batería es cierta, la parte con mayor resistencia generará naturalmente más calor.

A partir del análisis anterior, no es difícil ver que los factores que afectan a los resultados de las pruebas de seguridad de las baterías de iones de litio son principalmente la tasa de generación de calor y la tasa de disipación de calor en esencia. La reducción de la tasa de generación de calor durante el proceso de prueba de seguridad mediante el diseño de protección de seguridad, o el corte de la corriente y la prevención de la generación continua de calor si es necesario puede evitar eficazmente el desbordamiento térmico de las baterías de iones de litio. La segunda es mejorar el índice de disipación térmica de la batería de iones de litio. Al mejorar la tasa de disipación de calor mediante el diseño estructural de la batería de iones de litio, se puede evitar eficazmente la temperatura de la batería de iones de litio. Especialmente en el nivel del paquete de baterías, es necesario equipar los medios de disipación de calor correspondientes para disipar rápidamente el calor en caso de desbordamiento térmico de algunas baterías de iones de litio, a fin de garantizar que no se produzca una reacción en cadena.