Кратко опишите разрушение медной фольги в литий-ионной батарее во время экструзии.

Для силовых аккумуляторов одинаково важны безопасность и электрические характеристики. Если во время использования электромобиля произойдет авария с высоким уровнем энергии, такая как столкновение, литий-ионная батарея может сильно деформироваться и вызвать серьезные проблемы безопасности, такие как внутреннее короткое замыкание литий-ионной батареи. Когда в литий-ионной батарее происходит внутреннее короткое замыкание, 70% энергии всего комплекта батарей будет выпущено через точку короткого замыкания в течение 60 секунд, что вызовет быстрое повышение локальной температуры, а затем вызовет разложение положительного электрода. отрицательные активные вещества, электролиты и т. д., приводящие к тепловому разгону литий-ионной батареи.

Чтобы гарантировать безопасность литий-ионных аккумуляторов в вышеуказанных условиях, было проведено жесткое испытание на экструзию, чтобы исследовать характеристики безопасности литий-ионных аккумуляторов в случае большой деформации. Исследования показали, что во время испытания на экструзию в первую очередь произойдет деформация и равномерное смещение электрода. По мере увеличения степени деформации токосъемник будет скользить по линии скольжения под углом 45 градусов. Наконец, диафрагма слишком деформирована. Это приводит к выходу из строя диафрагмы, вызывая короткое замыкание на большей площади.

Как только происходит внутреннее короткое замыкание, литий-ионный аккумулятор может выйти из-под контроля, и высокая температура сожжет аккумулятор. Даже если нет теплового разгона, локальная высокая температура все равно приведет к плавлению токосъемника, диафрагмы и т. Д., Поэтому литий-ионный аккумулятор будет сдавлен. Структурные изменения в тестировании всегда были проблемой.

HsinWang et al. из Национальной лаборатории Ок-Ридж в США использовали технологию 3DXCT для изучения изменений внутренней структуры литий-ионных батарей во время испытания на экструзию. Впервые было обнаружено, что медные фольги образуют микроскопические фрагменты во время испытаний на экструзию, и эти фрагменты были трудными. С помощью традиционной оптической и электронной микроскопии было обнаружено, что эти скрытые фрагменты медной фольги могут оказывать значительное влияние на электрические характеристики и характеристики теплового разгона литий-ионных аккумуляторов, что заслуживает дальнейшего изучения.

В эксперименте используется коммерческая литий-кобальтоксидная батарея. Ядро батареи имеет структуру обмотки размером 30 мм на 40 мм на 4,5 мм. Чтобы гарантировать, что литий-ионный аккумулятор не имеет теплового разгона во время теста на экструзию, HsinWang контролирует энергопотребление аккумулятора. В пределах 10% SoC на следующем рисунке показана структура батареи после нажатия и тестирования батареи. Внутренняя структура батареи не показана на рисунке c. На рисунке d показана внутренняя структура батареи после испытания на экструзию. После испытания на экструзию электроды были симметрично сложены и сморщены, а некоторые электродные слои были изогнуты для создания большого зазора между электродными слоями.

Рисунок ниже - частично увеличенное изображение. Из рисунка видно, что электрод претерпел сильное изгибание и деформацию в направлении разреза. Из сравнения рисунков c и d видно, что после экструзии аккумулятор имеет большую поверхность медной фольги. Трескаться.

Батарея после проведения вышеупомянутого эксперимента была разобрана, как показано на следующем рисунке, можно увидеть, что есть точка короткого замыкания в промежуточном положении, где выполняется экструзия, но при оптическом наблюдении за поверхностью поверхности не возникает явного явления трещины. отрицательный электрод.

Однако методом рентгеновской радиографии было обнаружено большое количество трещин в медной фольге, как показано на следующем рисунке b, но когда вышеуказанный электрод был обнаружен с помощью SEM, наблюдалась лишь небольшая степень поломки электрода. Это указывает на то, что, хотя медная фольга вызывает большое количество трещин, поскольку графитовое покрытие отрицательного электрода является толстым, на поверхности электрода нет явных трещин. Поэтому разрушение медной фольги нельзя хорошо наблюдать с помощью оптики и СЭМ. Однако проницаемость рентгеновских лучей очень хорошая, графит вряд ли будет блокировать рентгеновские лучи, а медная фольга эффективно блокирует рентгеновские лучи. Следовательно, технология рентгеновского изображения может хорошо показать излом медной фольги при ее сжатии.

Причина трещины на медной фольге может быть связана с плохой вязкостью медной фольги, и очень вероятно возникновение трещин при нажатии в вертикальном направлении. Что касается причины охрупчивания медной фольги, необходимы дальнейшие исследования, которые могут быть связаны с обработкой и фрезерованием электродов. Это связано с остаточным напряжением в процессе прессования. Сломанная медная фольга может иметь следующие последствия для литий-ионных аккумуляторов.

1) Во-первых, разорванная медная фольга не может выполнять функцию токоприемника, что приводит к потере эффективного соединения между локальным активным материалом и проводящей сетью.

2) Активный материал и электролит заполняют промежутки разорванной медной фольги, но они не являются хорошими проводниками для электроники и тепла, поэтому, когда здесь происходит короткое замыкание, тепло трудно отвести быстро.

3) Сжимаемая область, потому что контакт между активным материалом и проводящей сетью ухудшается, что приводит к снижению активности или отказу от участия в реакции заряда и разряда, что приводит к снижению емкости лития. ионный аккумулятор.

4) Разорванная медная фольга ухудшит механические свойства отрицательного электрода.

5) Окончательный выход батареи из строя при испытании на экструзию в основном вызван выходом из строя положительного электрода и диафрагмы.

6) На начальной стадии возникновения короткого замыкания в основном активный материал алюминиевой фольги / положительного электрода контактирует с чипом из медной фольги / активным материалом графита отрицательного электрода.

Вышеупомянутое исследование очень помогает нам понять механизм теплового разгона литий-ионных аккумуляторов при механических повреждениях, а также оценить, можно ли продолжать использовать литий-ионные аккумуляторы после механического повреждения. Необходимы дальнейшие исследования механизма образования трещин в медной фольге во время экструзии.

Страница содержит содержимое машинного перевода.