Interner Kurzschlusstest der Batterie

Während des Batterieproduktionsprozesses wurden aufgrund von Nachlässigkeit bei der Prozesskontrolle extrem kleine Metallpartikel in die Lithium-Ionen-Batterie eingemischt.

Während des Batteriegebrauchs durchdrangen Temperaturschwankungen oder verschiedene Aufprallmetallpartikel den Separator zwischen der positiven und der negativen Elektrode, was zu einem Kurzschluss im Inneren der Batterie und einer großen Hitzeentwicklung führte, wodurch die Batterie Feuer fing.

Aufgrund des versehentlichen Einschlusses von Metallpartikeln während des Produktionsprozesses ist es schwierig, solche Vorfälle vollständig zu verhindern. Deshalb versuchen wir durch den „erzwungenen internen Kurzschlusstest“ die Situation zu simulieren, in der Metallpartikel in den Separator eindringen und interne Kurzschlüsse verursachen.

Wenn Lithium-Ionen-Batterien sicherstellen können, dass während des Testprozesses keine Brand- oder Explosionsgefahr besteht, können sie effektiv sicherstellen, dass Metallpartikel, selbst wenn sie während des Produktionsprozesses in die Batterie eingemischt werden, nicht in den Separator zwischen Plus und Minus eindringen können Elektroden. Selbst wenn die Membran beschädigt ist und ein interner Kurzschluss entsteht, besteht dennoch keine Brand- oder Explosionsgefahr, die die persönliche Sicherheit gefährdet.

1.Testkammer

Der „Einzelbatterie-erzwungene interne Kurzschlusstest“ erfordert, dass der Test in einer Umgebung von 10 bis 60 °C, mit einer Druckanwendungsgeschwindigkeit von 0,1 mm, einer Genauigkeitsanforderung von ± 0,005 ms und einem maximalen Druck von 1000 N durchgeführt wird. Darüber hinaus müssen während des Prüfvorgangs Spannungs- und Druckdaten erfasst werden.

Wenn die Spannung um mehr als 50 mV abfällt oder der angelegte Druck den Anforderungen entspricht (zylindrische Batterie 800 N, quadratische Batterie 400 N), sollte der Druck gestoppt und 30 Sekunden lang aufrechterhalten werden. Dies stellt strenge Anforderungen an Druckgeräte: erstens die Kontrolle der Geschwindigkeit und Genauigkeit der Druckausübung; zweitens, um die Druckausübung sicherzustellen; drittens, um die Umgebungstemperatur zu kontrollieren; viertens, um die Häufigkeit und Genauigkeit der Spannungs- und Druckdatenerfassung sicherzustellen.

Die Sicherstellung einer genauen Geschwindigkeit von 0,1 ± 0,01 mm/s und eines Drucks von 100 N in Umgebungen mit hohen und niedrigen Temperaturen ist eine Schlüsseltechnologie dafür, ob die Testausrüstung die Teststandards erfüllen kann. Um eine Geschwindigkeit zu erzeugen, die den Testanforderungen entspricht, muss die Materialauswahl der Ausrüstung zunächst den Nutzungsanforderungen der Testumgebungstemperatur entsprechen, und der andere Schlüssel besteht darin, die Stromquelle auszuwählen und die Genauigkeit des Getriebemechanismusdesigns zu steuern.

Durch wiederholte Experimente haben wir eine „Batterieinterne Kurzschlusstestkammer“ entwickelt, mit der eine hochpräzise Druckanwendung erreicht werden kann. Durch die Ausstattung mit hochpräzisen Hoch- und Tieftemperaturboxen und Datenerfassungssystemen erfüllen wir die Temperaturanforderungen und Datenerfassungsanforderungen der Druckgeräte vollständig.

2. Ladeschritte für den Test

Der erzwungene interne Kurzschlusstest für eine einzelne Batterie ist ein Test, der an einer vollständig geladenen einzelnen Batterie durchgeführt wird. Die Ladebedingungen sollen sich 1–4 Stunden lang bei der oberen bzw. unteren Testtemperatur stabilisieren und dann mit der oberen Ladespannung und dem maximalen Ladestrom laden, bis der Stromwert unter Konstantspannungsladesteuerung 0,05 ItA erreicht.

Die oberen und unteren Grenztesttemperaturen geben an, dass, wenn die Batterie die obere Grenzladespannung und den maximalen Ladestrom nutzen kann, die höchsten und niedrigsten Temperaturen auf der Oberfläche der Batteriezelle zum Laden unter den oberen und unteren Grenztemperaturbedingungen ausgewählt werden auf die Materialeigenschaften der Lithiumbatterie.

Die von JSC 8714 vorgeschlagenen oberen und unteren Testtemperaturen betragen 45 ℃ bzw. 10 ℃. Die obere Ladespannung beträgt 4,25 V, was auf den Eigenschaften häufig verwendeter Materialien für Lithium-Ionen-Batterien (negative Elektrode aus Lithium-Kobaltoxid und positive Elektrode aus Kohlenstoff) auf dem Markt basiert und nicht für alle Lithium-Batterien gelten kann.

JSC8714 schlägt vor, dass bestimmte Tests durchgeführt und zusätzliche Datengrundlagen ergänzt werden müssen, wenn neue obere und untere Testtemperaturen und obere Ladespannungen verwendet werden müssen. Der Untersuchungsinhalt zur Bestimmung der neuen oberen Grenzladespannung umfasst: die strukturelle Stabilität des positiven Elektrodenmaterials, die Lithiumabsorption des negativen Elektrodenmaterials und die strukturelle Stabilität des Elektrolyten;

Bei der Festlegung der neuen oberen und unteren Grenztemperaturen umfassen die Inspektionsinhalte die strukturelle Stabilität des positiven Elektrodenmaterials, die strukturelle Stabilität des Elektrolyten und andere Materialeigenschaften, die die Sicherheit der geladenen Batterie an der neuen Obergrenze gewährleisten müssen Prüftemperatur.

Darüber hinaus werden 5 °C zur neuen oberen Testtemperatur hinzugefügt, die für die Ladebedingungen gemäß JSC8714 Abschnitt 5.1 gilt und die Testanforderungen der Abschnitte 5.2–5.5 erfüllt. Basierend auf der Lithiumionenabsorption des Materials der negativen Elektrode sollte die Beweglichkeit von Lithiumionen im Elektrolyten (entsprechend der Temperatur) die Sicherheit der geladenen Batterie bei der neuen unteren Testtemperatur gewährleisten, und 5 °C sollten zur neuen unteren Temperatur hinzugefügt werden Begrenzen Sie die Testtemperatur, um die Ladebedingungen von 5.1 zu erfüllen und die Testanforderungen von 5.2 bis 5.5 zu erfüllen.

3. Schritte zur Druckanwendung

Unter den oberen und unteren Temperaturbedingungen verwenden Sie das Druckwerkzeug, um Druck mit einer Geschwindigkeit von 0,1 mm/s auf die Position auszuüben, an der eine kleine Nickelplatte auf einer einzelnen Batterie platziert ist. Verwenden Sie gleichzeitig das Voltmeter, um die Spannungsänderung am Ausgangsanschluss der einzelnen Batterie zu überwachen. Wenn ein Spannungsabfall von mehr als 50 mV beobachtet wird oder der angelegte Druck den Anforderungen entspricht (zylindrische Batterie 800 N, quadratische Batterie 400 N), stoppen Sie die Reduzierung des Druckwerkzeugs, halten Sie es 30 Sekunden lang gedrückt und entfernen Sie dann den Druck.

Die Verwendung eines Druckniveaus von nur 0,1 mm/s kann die Zeit und den Schweregrad interner Kurzschlüsse besser steuern. Wenn während des Druckbeaufschlagungsvorgangs ein Spannungsabfall von 5 mV auftritt, weist dies darauf hin, dass das kleine Nickelplättchen im Inneren der Einzelbatterie den Batterieseparator unter Druck durchstoßen hat, was zu einem internen Kurzschluss in der Einzelbatterie geführt hat. Zu diesem Zeitpunkt besteht keine Notwendigkeit, weiterhin Druck auszuüben. Wenn der Druck 800 N erreicht und die quadratische Batterie mit 400 N unter Druck gesetzt wird, gibt es immer noch keinen Spannungsabfall, was darauf hinweist, dass der Separator der einzelnen Batterie das Durchstechen des kleinen Nickelblechs wirksam verhindern kann. Dadurch kann auch das Auftreten interner Kurzschlüsse verhindert werden in einer einzigen Batterie nach dem Mischen mit kleinen Metallpartikeln.

4. Fazit

Mit der zunehmenden Verbreitung von Lithium-Ionen-Batterien und der kontinuierlichen Weiterentwicklung verwandter Technologien steigen auch deren Sicherheitsanforderungen. Verschiedene Länder, Institutionen und Unternehmen forschen aktiv an Erkennungsmethoden, mit denen die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien genauer und effektiver bewertet werden kann. Nur durch kontinuierliche Erforschung und Erforschung der elektrochemischen und ökologischen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien können wir wissenschaftlichere, gezieltere und durchführbarere Testprojekte und -bedingungen für Lithium-Ionen-Batterien entwickeln.