Acerca de la prueba de cortocircuito de la batería de iones de litio - Parte 2

Acerca de la prueba de cortocircuito de la batería de iones de litio - Parte 2

En el segundo paso, los iones de Li de la superficie del electrodo se consumen gradualmente. La velocidad de transporte de los iones de Li en el electrolito es más lenta que la velocidad de reacción electroquímica, y los iones de Li de la superficie del electrodo no pueden reponerse a tiempo. Macroscópicamente, esto se manifiesta como una disminución de la corriente de cortocircuito externa hasta que se alcanza una corriente de meseta En este punto, debido a la presencia constante del cable externo, la polarización persiste, manifestándose como fluctuaciones de tensión en torno a un valor de meseta.

El tercer paso puede dividirse en dos situaciones: si el mecanismo de autoprotección de la batería es efectivo en este momento, se cortará el paso de la corriente dentro de la batería. Como ya no forma un circuito completo, la manifestación macroscópica es que la corriente de cortocircuito disminuye hasta cero. Como el circuito se corta dentro de la batería, el dispositivo externo de comprobación de tensión ya no detectará la tensión de la batería, lo que provocará una disminución de la tensión hasta cero.

Si los cables externos se cortan manualmente antes de que surta efecto el mecanismo de autoprotección de la batería Debido a la desconexión del circuito, la corriente de cortocircuito pasa a ser cero. En este momento, el dispositivo de comprobación de la tensión externa todavía puede detectar la tensión de la batería. Después de que desaparezca la corriente externa, la polarización del electrodo desaparecerá gradualmente, manifestándose como el aumento de la tensión hasta acercarse al valor de tensión anterior al cortocircuito externo.

Sin embargo, una descarga a alta velocidad puede provocar la generación de litio muerto, la formación de dendritas de litio y daños en los materiales internos de la batería, lo que se traduce en una disminución de la capacidad de la batería y un aumento de los riesgos para la seguridad.

Sobre el impacto del SOC en las baterías de cortocircuito externo. La reacción de las baterías de bajo SOC durante un cortocircuito externo es la misma que la de las baterías de alto SOC, con la diferencia de que:

Debido al menor SOC, hay más iones de Li incrustados en el material del electrodo positivo, y hay menos Li en la solución externa. Por lo tanto, en el primer paso, el valor de corriente pico que puede alcanzar la batería disminuirá. En cuanto al voltaje, dado que la polarización tiene un impacto mucho mayor en el voltaje que la concentración de iones de Li en el potencial del electrodo (que puede entenderse como 10000 cargas negativas llevadas al electrodo positivo por el cable externo, no importa si ahora entran 10 ó 20 iones de Li en el electrodo positivo), se manifiesta como el voltaje de baterías con SOC diferente cae a valores similares

Suponiendo que el calor necesario para activar el mecanismo de autoprotección de la batería sea el mismo, según la ley de Joule Q=I ² Rt, la corriente de las baterías de bajo SOC es menor que la de las baterías de alto SOC, lo que resulta en un tiempo crítico más largo para las baterías de bajo SOC

El impacto de la temperatura en las baterías de cortocircuito externo

Cuando la temperatura ambiente es alta, el tiempo crítico de la batería se acorta porque la capacidad de disipación de calor de la batería se deteriora y se acumula una gran cantidad de calor en su interior, lo que le permite alcanzar una temperatura más alta en un corto periodo de tiempo

En el caso de las baterías de alto SOC, cuando se produce un cortocircuito externo, la corriente es mayor, y la influencia de la temperatura ambiental externa sobre la capacidad de disipación del calor es limitada. Por lo tanto, se manifiesta que el tiempo crítico de las baterías de alto SOC no cambia mucho a diferentes temperaturas

Las altas temperaturas pueden aumentar la velocidad de difusión de las sustancias, lo que se traduce en valores de corriente de meseta más elevados y tiempos críticos más cortos para baterías con el mismo SOC a temperaturas ambiente elevadas

El impacto del tiempo de cortocircuito externo en la batería antes de activar el dispositivo de autoprotección

Cuanto mayor sea el tiempo, más largo será el proceso de descarga a alta velocidad de la batería, y mayor será el daño que cause a la batería Cuando el calor Joule generado provoque el fallo del diafragma, la batería experimentará un cortocircuito interno Las cuestiones relacionadas con los cortocircuitos internos se tratarán más adelante

3 Conclusiones

Así pues, en el análisis anterior hemos averiguado los fenómenos que presentan las pilas cuando sufren un cortocircuito externo y hemos deducido el modelo de pila para cortocircuitos externos Todavía quedan algunas preguntas por responder:

En primer lugar, ¿tendrán todas las pilas un valor de meseta de tensión de alrededor de 1 V después de un cortocircuito externo? No, el valor de la meseta de tensión viene determinado por las propiedades del propio material del electrodo. En diferentes sistemas de baterías, los cortocircuitos externos pueden hacer que la batería tenga diferentes valores de meseta de tensión

En segundo lugar, no es seguro que un cortocircuito externo provoque necesariamente el fallo del rendimiento de seguridad de la batería (denominado "fuga" en el artículo). El proceso de cortocircuito externo es el proceso de descarga a alta velocidad de la batería. Aunque puede causar daños en los materiales internos de la batería y reducir su rendimiento, no provocará un fallo de seguridad en todas las baterías En el caso de las baterías de tipo eléctrico, el objetivo inicial de diseño es que puedan cargarse y descargarse a altas temperaturas. Las temperaturas ambiente elevadas y los estados SOC altos aumentan la probabilidad de fallo de seguridad durante cortocircuitos externos