Interner Kurzschlusstest einer Lithium-Ionen-Batterie

Interner Kurzschlusstest einer Lithium-Ionen-Batterie

Lithium-Ionen-Batterien sind in verschiedenen Bereichen weit verbreitet, z. B. in mobilen Geräten, Energiespeichern und Fahrzeugen mit neuer Energie. Sie haben den Vorteil, dass sie eine hohe Lebensdauer haben, aber im Vergleich zu anderen Batterietypen ist ihre Sicherheit das Hauptproblem, das es zu lösen gilt. Lithium-Ionen-Batterien produzieren Sicherheitsprobleme vor allem durch Wärmeerzeugung, und schließlich die Art und Weise der thermischen Durchgehen Ausführungsform und die Gründe für die Bildung von thermischen Durchgehen sind vor allem Kurzschluss, Anschlussfehler, hohe Temperatur Backen, Eintauchen in Wasser, etc., von denen Kurzschluss ist die häufigste Ursache für thermische Durchgehen Kurzschluss ist in externen Kurzschluss und internen Kurzschluss unterteilt, externe Kurzschluss kann durch den Schutz von Hilfskomponenten und die Optimierung der Strategie kontrolliert werden, während die interne Kurzschluss ist schwierig, effektiv zu kontrollieren. In diesem Beitrag wird die systematische Untersuchung der Simulationsmethode des internen Kurzschlusses und der vorbeugenden Erkennungsmaßnahmen zu einem tieferen Verständnis der Kontrollmethode für die Sicherheitsprobleme von Batterien führen und als Referenz für die breitere Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien dienen.

Kurzschlusssimulation Testmethode

Nagelpenetration, Extrusion, Fall, schwerer Stoß und andere Tests sind die gängigsten simulierten Kurzschluss-Testmethoden in der Norm, wie QC/T743-2006, SAND2005-3123, UL2580-2011, SAE2464 und anderen Normen.

Um den Kurzschlusseffekt besser zu simulieren, sind die verschiedenen Prüfmethoden in der Norm an bestimmte Bedingungen geknüpft. Die Akupunkturprüfung legt die Einstichgeschwindigkeit der Nadel fest (QC/T743-2006 verlangt 10~40mm/s, andere Normen verlangen 80mm/s), der Nadeldurchmesser (im Allgemeinen 3~8 mm); der Extrusionsversuch legt die Verformung des Extrusionsdruckes (100 kN oder das 1000-fache der Masse der Probe) (im Allgemeinen 50% der Verformung) und die Form der Extrusionsscheibe (30 mm Extrusionsplatte mit einem Radius von 75 mm) fest; Bei der Fallprüfung werden die Bedingungen für die Fallhöhe (1 bis 2 m) und die Aufstandsfläche (harter horizontaler Boden oder nicht ebenes Gelände) zum Zeitpunkt des Falles festgelegt.

Die simulierte Kurzschlussversuchsmethode umfasst auch einen Versuch mit unbegrenzter Überladung und parallelem Ersatzwiderstand. Die unbegrenzte Überladung besteht darin, die voll aufgeladene Testbatterie mit einem konstanten Strom aufzuladen, bis die Spannung auf 0 V abfällt oder eine Verbrennungsexplosion erzeugt wird; das Erhitzungsexperiment besteht darin, die Versuchsprobe zu erhitzen, wobei die Erhitzungstemperatur durch den Temperaturwiderstand der Membran bestimmt wird und die Schrumpfung der Membran nach dem Erhitzen einen internen Kurzschluss verursacht: Der parallele Ersatzwiderstand ist hauptsächlich auf das parallele Monomer ausgerichtet, und eines der Monomere wird mit einem Ersatzwiderstand geschaltet, um einen inneren Kurzschluss zu simulieren.

Der Vorteil der oben genannten Methode ist, dass sie einfach und leicht zu implementieren ist, während der Nachteil darin besteht, dass sie nur das offensichtliche Phänomen nach dem internen Kurzschluss widerspiegelt und die Akkumulation der thermischen Energie, die vor dem internen Kurzschluss ohne Beschränkung der Überladung erzeugt wurde, nicht gut für die nach dem Kurzschluss freigesetzte Wärme definiert werden kann. Darüber hinaus gibt es auch eine gewisse Ungewissheit, in welchem Teil der Zelle der interne Kurzschluss durch die oben genannte Methode 14 hat gewisse Einschränkungen auf den Mechanismus Analyse verursacht.

Erzwungene interne Kurzschluss ist vor allem auf Metall eingebettet Teile und Membran Einstichlöcher im Inneren der Batterie hinzufügen und dann die Form der externen Extrusion kombinieren, um interne Kurzschlüsse in verschiedenen Teilen der Batterie zu erreichen. Darüber hinaus wird das Zentrum des Kurzschlusses durch Hinzufügen eines Metalls oder einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt zur Elektrode durch Erhitzen und Schmelzen bewertet, indem Spannung, Temperatur, Schall, Licht und andere Methoden überwacht werden (6. Diese Methoden können die Auswirkungen von Kurzschlüssen in verschiedenen Teilen der Batterie besser widerspiegeln.

Interne Kurzschlussverhütungsmaßnahmen und Erkennungsmethoden

1.Interne Maßnahmen zur Kurzschlussvermeidung

(1) Batteriematerialien, Prozessverbesserung

Der Kurzschluss wird hauptsächlich durch die Umstellung auf Diaphragmamaterialien und die Verwendung von Elektrolytzusätzen zur Verhinderung der Vermischung von Verunreinigungen im Batterieproduktionsprozess und die Zuverlässigkeitsprüfung des Produktionsprozesses verhindert.

Das Risiko von Kurzschlüssen kann durch die Verwendung von Keramikmembranen minimiert werden. Wenn ein Kurzschluss unvermeidlich ist, kann der Kurzschlussstrom auch durch Beschichtung des Elektrodenmaterials mit einer Schicht aus PTC-Material verringert werden, um den Widerstand der PTC-Schicht zu erhöhen, wenn der Kurzschluss auftritt, und so die Entstehung eines thermischen Durchgehens zu unterdrücken. Darüber hinaus, weil der Elektrolyt derzeit auf der Grundlage der Alkylcarbonat-System ist leicht zu verflüchtigen und brennen in der Batterie unsachgemäße Verwendung von Wärmestau wird Verbrennung oder Explosion durch die Gestaltung der Elektrolyt als flammhemmende Elektrolyt oder mit ionischen flüssigen Elektrolyt oder Hinzufügen von Maleimid-Oligomer-Material wird erheblich reduziert die Sicherheitsrisiken durch Kurzschlüsse erzeugt.

Optimierung und Verbesserung des Prozesses zur Entfernung von Verunreinigungen aus der Batteriezellenproduktion, um einerseits irreversible Nebenreaktionen mit dem Elektrolyten während des Ladens und Entladens zu verhindern, andererseits erhöht das Vorhandensein von Verunreinigungspartikeln das Risiko, das Diaphragma zu durchstoßen und interne Kurzschlüsse zu verursachen. Mit Hilfe von Röntgenstrahlen lässt sich auch die Ausrichtung der internen Platten der Batterie feststellen, wodurch das potenzielle Risiko von Kurzschlüssen vermieden wird.

(2) Verwendung von Batterien

Verhindern Sie das Aufladen von Lithium Evolution bei niedrigen Temperaturen. Unter niedrigen Temperaturbedingungen sind die Ionenleitfähigkeit und der Diffusionskoeffizient von Lithium-Ionen-Batterien stark reduziert, was leicht zu einer Lithiumentwicklung während des Ladevorgangs führen kann. Daher sollte die Batterie auf die entsprechende Ladetemperatur vorgeheizt werden, wenn sie bei niedrigen Temperaturen verwendet wird, um zu vermeiden, dass die Batterie Lithium-Dendriten bildet und dann die Membran beim Laden bei niedrigen Temperaturen durchsticht.

Redundantes Design der Lade-/Entladerate der Batterie. Das redundante Design ermöglicht es der Batterie, immer in einem Zustand geringer Belastung zu arbeiten, was die Batterie effektiv schützen und das Risiko interner Kurzschlüsse bei hoher Belastung erheblich reduzieren kann.

Verbessern Sie die Wärmeleitfähigkeit der Batterie oder unterdrücken Sie die Fähigkeit zur Wärmeerzeugung, da der interne Kurzschluss der Batterie sofort eine große Menge an Wärme erzeugt. Wenn sich die Wärme ansammelt, führt dies zur Zersetzung des Elektrolyts, zur Oxidations-/Reduktionsreaktion zwischen dem Elektrolyt und der positiven/negativen Oberfläche der positiven und negativen Elektroden sowie zur Schrumpfung und Zersetzung des Diaphragmas, was zu einem thermischen Durchgehen führt.

2.Ein Mittel zur Erkennung von Kurzschlüssen in der Batterie

Thermische Erkennung: Um festzustellen, ob ein Kurzschluss aufgetreten ist, wird ein Thermoelement an der Seitenwand der Batterie angebracht, um Temperaturänderungen zu erkennen. Da die Wärme bei einem Kurzschluss von innen nach außen geleitet wird, zeigt die Temperatur eine gewisse Verzögerung an, so dass die Kurzschlusssituation nicht sofort zurückgemeldet werden kann.

Die Erkennung von Spannungsanomalien überwacht die interne Kurzschlusssituation der Batterie, indem sie den Spannungsabfall beim kontinuierlichen Laden mit kleinen Strömen überwacht. Wenn z. B. beim Laden einer 80-Ah-Batterie mit einem konstanten Strom von 3 A der Spannungsabfall 100 mV überschreitet, wird festgestellt, dass die Batterie einen internen Kurzschluss hat.

Erkennung von Kapazitätsanomalien: Es gibt ein Patent, das die Erkennungsmethode des internen Kurzschlusses beinhaltet: während des Ladevorgangs wird die Ladekapazität mit der Referenzkapazität innerhalb des aktuell eingestellten Spannungsbereichs verglichen, denn wenn der interne Kurzschluss auftritt, wird ein Teil der elektrischen Energie in thermische Energiedissipation umgewandelt, so dass die Ladekapazität während des Ladevorgangs höher ist, als wenn der interne Kurzschluss nicht auftritt; wenn also die Ladekapazität höher als die Referenzkapazität ist, wird der interne Kurzschlussfehler gemeldet.

Zusammenfassung

Lithium-Ionen-Batterie internen Kurzschluss ist sehr leicht zu thermischen Runaway, so dass aus dem Mechanismus der Hand, um die Ursache für die Bildung, durch Simulation, um es weiter zu studieren, so dass durch eine Vielzahl von Mitteln zu verhindern und zu erkennen, die Lithium-Ionen-Batterie internen Kurzschluss, um so die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterie während der Nutzung.