Что привело к выходу из строя аккумулятора 18650?

В связи с быстрым развитием индустрии электромобилей литий-ионные батареи широко используются в области аккумуляторных батарей из-за их высокой плотности энергии, отсутствия эффекта памяти и высокой безопасности. В связи с особенностями электромобилей безопасность элементов питания также должна быть выше.

Например, в случае аварийной ситуации, такой как столкновение с электромобилем, аккумуляторная батарея не должна загореться или взорваться, чтобы обеспечить безопасность водителя. Таким образом, тест на безопасность силовой батареи включает в себя такие тесты, как экструзия и иглоукалывание, которые связаны с безопасностью литий-ионных аккумуляторов в экстремальных условиях. Возможность пройти эти строгие испытания на безопасность является окончательным стандартом для оценки безопасности литий-ионной батареи.

В тесте на экструзию литий-ионный аккумулятор сначала деформирует оболочку, а затем начинает сжимать сердечник. Поскольку диафрагма, изготовленная методом сухого растяжения, в настоящее время менее прочна в поперечном и диагональном направлениях, деформация сердечника достигает определенной степени. Когда, поперечный слой диафрагмы сначала сломается, что приведет к прямому контакту между положительным и отрицательным полюсами литий-ионной батареи, короткому замыканию и мгновенному выделению большого количества тепла, что приведет к разложению отрицательного полюса. Мембрана SEI, активный материал положительной полярности и электролит, что привело к тепловому разгону литий-ионной батареи. В конечном итоге это привело к возгоранию и взрыву литий-ионной батареи.

Чтобы избежать теплового разгона при испытании на экструзию литий-ионных батарей и повысить безопасность литий-ионных батарей, необходимо провести углубленное исследование механизма теплового разгона при испытании на экструзию литий-ионных батарей, чтобы выполнить целенаправленное проектирование безопасности литий-ионных аккумуляторов. Для повышения безопасности литий-ионного аккумулятора при испытании на экструзию. Вот последние исследования Массачусетского технологического института.

JunerZhu et al. из Массачусетского технологического института использовали батарею 18650 для изучения механизма теплового разгона литий-ионных батарей во время осевой экструзии и использовали модель анализа методом конечных элементов для проведения имитационного анализа. Модель восстанавливает влияние различных осевых давлений на литий-ионные батареи, а результаты анализа проверяются с помощью компьютерной томографии. Результаты моделирования показывают, что могут быть объяснены два типа причин, вызывающих короткое замыкание литий-ионных батарей при испытаниях на экструзию.

Поскольку в аккумуляторных батареях элементы 18650 обычно собираются вертикально, осевое сжатие является основной причиной деформации литий-ионных элементов в случае падения аккумуляторной батареи. Поэтому JunerZhu в основном изучал механизм короткого замыкания литий-ионного аккумулятора, вызванного деформацией аккумулятора под осевым давлением.

Некоторые традиционные модели предполагают, что внутренняя часть литий-ионной батареи представляет собой однородное целое, поэтому невозможно точно предсказать результаты теста при прогнозировании испытания на осевое сжатие батареи 18650. В основном это связано с особой структурой сердечника литий-ионного аккумулятора. Верхняя и нижняя части сердечника не совсем одинаковы, и из-за уникальной конструкции крышки литий-ионного аккумулятора (т. Е. Положительного электрода) литий-ионный аккумулятор может подвергаться осевому давлению перед внутренним коротким замыканием. цепь происходит. Вызывает короткое замыкание литий-ионного аккумулятора.

Аккумулятор 18650 состоит из трех основных частей: предохранительного клапана, сердечника рулона и корпуса из низкоуглеродистой стали. Предохранительный клапан обычно состоит из материала с положительным температурным коэффициентом, алюминиевого предохранительного клапана, положительного крайнего элемента из нержавеющей стали, газовой уплотнительной прокладки и т. Д. Сердечник состоит из положительного электрода, отрицательного электрода и диафрагмы. В этом эксперименте активным веществом положительного электрода является LiCoO2. Скорость нагружения при осевой нагрузке составляет 5 мм / мин, и все испытательные ячейки были полностью разряжены перед испытанием (SOC = 0).

Результаты испытаний показали, что давление батареи 18650 при испытании на осевое давление показало медленную тенденцию к росту - стремительную тенденцию к увеличению - небольшую тенденцию к снижению - и испытание напряжения показало, что батарея 18650 не выйдет из строя, пока деформация не достигнет 4 мм. Более того, в ходе испытаний было обнаружено, что внезапное падение напряжения батареи 18650 было вызвано в основном внутренним коротким замыканием батареи, а не внутренней структурой.

Чтобы изучить механизм разрушения 18650 под осевым давлением, JunerZhu также использовал программное обеспечение для анализа конечных элементов. В материалах модели в основном использовались модели ElastoPlastic и учитывалась анизотропия различных материалов. Модель включает в себя миллионы вычислительных единиц, а скорость осевой нагрузки установлена на 1 м / с. Результаты моделирования воспроизводят деформацию аккумулятора 18650 при осевой нагрузке.

Сначала оболочка в области верхней крышки аккумулятора начинает подвергаться пластической деформации. После того, как деформация превышает 1 мм, деформированная оболочка начинает сдавливать верхнюю часть сердечника батареи. С увеличением деформации сердечник начинает деформироваться. В результате на кривой давления наблюдается небольшое падение, а затем с увеличением площади контакта между корпусом батареи и сердечником кривая давления показывает тенденцию к быстрому росту. Результаты компьютерной томографии также подтверждают приведенный выше анализ. Деформация тестовой батареи в основном происходит в надстройке, а у суббатарейной модификации деформации практически нет.

Разборка аккумулятора 18650 после теста показала, что, хотя сердечник претерпел серьезную деформацию, положительный и отрицательный полюса не сломались. Вместо этого в диафрагме на расстоянии 1,3 мм от верхнего края возникла трещина, которая непосредственно вызвала аккумулятор. Короткое замыкание, напряжение внезапно упало, и эта трещина может быть вызвана вторжением острого края металлической фольги. Кроме того, в некоторых местах толщина диафрагмы сильно уменьшилась, что в основном связано с сжатием сердечника затонувшей оболочки.

Исходя из приведенных выше результатов анализа, возможные причины короткого замыкания аккумулятора 18650 под осевым давлением в основном следующие.

1. Корпус контактирует с положительным и отрицательным полюсами через разрыв диафрагмы.

2. Контакт положительного и отрицательного полюсов через разрыв диафрагмы.

3. Положительный и отрицательный полюса контактируют через область тонкой диафрагмы.

4. Предохранительный клапан сжимается и контактирует с сердечником.

Судя по результатам испытаний, внутреннее короткое замыкание будет вызвано, когда осевая деформация элемента 18650 достигнет 4 мм, поэтому необходимо уделить особое внимание конструкции безопасности аккумуляторной батареи. Кроме того, поскольку деформация происходит в основном в верхней части батареи 18650 при осевом давлении, особое внимание следует уделять конструкции безопасности верхней части батареи 18650.

Страница содержит содержимое машинного перевода.