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Lithium-Batterie Aufpralltest

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Lithium-Batterie Aufpralltest

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Aufgrund des geringen Gewichts, der hohen Spannung, der hohen elektrochemischen Äquivalenz und der hohen Leitfähigkeit von metallischem Lithium haben Lithium-Primärbatterien, die aus metallischem Lithium als negativer Elektrode bestehen, die Vorteile einer hohen spezifischen Energie, einer hohen Batteriespannung, eines weiten Betriebstemperaturbereichs, einer guten Leistung bei niedrigen Temperaturen und einer langen Lagerfähigkeit. Lithium-Primärbatterien für chemische Systeme wurden bereits kommerzialisiert.

Aufgrund der hohen Aktivität von Lithium ist jedoch die Sicherheit von Lithium-Primärbatterien zu einem wichtigen Thema geworden. Bestimmte Batterien mit organischem Elektrolyt und Lithiumbatterien mit nichtwässrigem anorganischem Elektrolyt können bei Kurzschluss oder anderen missbräuchlichen Bedingungen explodieren. Daher ist die Analyse der Gründe für die Explosion von Lithium-Primärbatterien von praktischer Bedeutung für die Verbesserung des Produktionsprozesses von Batterien und die Erhöhung ihrer Sicherheit.

Der Aufpralltest mit schweren Gegenständen für Lithium-Primärbatterien ist in vielen Batterietestnormen (wie IEC 62281, UL 1642, UN 38.3) vorgeschrieben. Dieser Versuch simuliert den Missbrauch eines Objekts mit einem bestimmten Gewicht, das auf die Batterie fällt und eine starke Stoßkraft auf einen bestimmten Teil der Batterie ausübt. Wenn die Batterie einem plötzlichen Aufprall ausgesetzt ist, kann es zu internen Kurzschlüssen oder anderen exothermen Reaktionen kommen, die sogar Feuer fangen oder explodieren können.

Die internationale Norm für Lithiumbatterien, IEC 62281, besagt, dass der Zweck der Prüfung von Lithium-Primärbatterien mit starken Stößen darin besteht, interne Kurzschlüsse in Batterien zu simulieren. In diesem Artikel werden sechs verschiedene Typen von Knopfbatterien als Proben für die Schwerschlagprüfung verwendet, um die Ursachen für Entzündungs- und Explosionserscheinungen in Batterien während der Schwerschlagprüfung zu analysieren.

1 Versuch

1.1 Instrumente und Materialien

Explosionssichere DGBELL-Schlagkammer. Bei den Versuchspersonen handelte es sich um 5 normale Knopfbatterien, 5 Batterieproben, die nur positives Elektrodenmaterial, Mangandioxid und Elektrolyt enthielten, 5 Batterien, die nur negatives Elektrodenmaterial, Lithium und Elektrolyt enthielten, 5 Batterien, die nur Elektrolyt enthielten, 5 Batterien, die nur positives Elektrodenmaterial enthielten, und 5 Batterien, die nur negatives Elektrodenmaterial enthielten, insgesamt also 6 Arten von Proben.

1.2 Experimentelle Methoden

Durchführung eines Aufpralltests mit einem schweren Gegenstand gemäß den in der Norm "IEC 62281 Sicherheitsanforderungen für Lithium-Primärbatterien und Batterien im Transport" festgelegten Bedingungen. Die spezifischen Bedingungen sind wie folgt: Die Probebatterie oder der Batteriesatz wird auf eine ebene Fläche gelegt. Ein Stab mit einem Durchmesser von 15,8 mm wird waagerecht in der Mitte der Probe platziert. Ein 91 kg schwerer Hammer fällt aus einer Höhe von 61 ± 2,5 cm auf den Probekörper.

Die Längsachse der aufgeschlagenen zylindrischen oder prismatischen Batterie sollte parallel zur ebenen Fläche und senkrecht zur Längsachse der gekrümmten Fläche mit einem Durchmesser von 15,8 mm verlaufen, die horizontal in der Mitte des Probekörpers angebracht ist. Die prismatische Batterie muss außerdem um 90 ° um ihre Längsachse gedreht werden, damit sie sowohl auf der breiten als auch auf der schmalen Seite einen Schlag aushalten kann. Jeder Probekörper wird nur einem Schlag unterzogen. Wenn eine münz- oder knopfförmige Batterie einem Schlag ausgesetzt wird, sollte die Ebene der Probe parallel zur ebenen Fläche liegen, und eine gekrümmte Fläche mit einem Durchmesser von 15,8 mm sollte waagerecht in ihrer Mitte angebracht werden. Prüftemperatur: (20 ± 5) ℃.

2 Ergebnis

2.1 Testergebnisse

Sechs Batteriemuster zeigten unterschiedliche Testergebnisse beim Aufpralltest mit schweren Gegenständen. Während des Aufpralltests mit schweren Gegenständen wurde mit Hilfe von Überwachungskameras festgestellt, dass einige Batteriemuster in einem Augenblick helle "Funken" erzeugten und die Batterie in zwei Hälften zerbrach.

Die Merkmale der Funkenbildung sind:

(1) Die Funken sind relativ hell;

(2) Manchmal begleitet von einem leichten Knallgeräusch;

(3) Sie treten in der Regel gleichzeitig mit dem Aufprall eines schweren Gegenstandes auf;

(4) Nur normale Batterien zeigen während des Tests Funken;

(5) Die Dauer ist relativ kurz und endet in der Regel unmittelbar nach dem Aufprall auf die Batterie.

Lithium-Primärbatterien, die nur negative Elektrodenmaterialien und Elektrolyte enthalten, sowie Lithium-Primärbatterien, die nur negative Elektrodenmaterialien enthalten, erzeugen in einigen Batterien während des Schlagvorgangs "Funken". Normale Lithium-Primärbatteriemuster erzeugen jedoch während des Schlagvorgangs "Funken", und der Temperaturanstieg ist relativ groß.

2.2 Grund

Auf der Grundlage des Funktionsprinzips von Lithium-Mangandioxid-Batterien und der experimentellen Ergebnisse wird vermutet, dass der Grund für den "Funken", der während des Schlagvorgangs erzeugt wird, darin liegt:

(1) Die Verbrennung von Lithium bei hohen Temperaturen äußert sich als "Funke", der in einigen oder allen Arten von Batterieproben, die metallisches Lithium enthalten, während des Schlagversuchs erzeugt wird. Li hat eine hohe chemische Reaktivität und kann sich an der Luft spontan entzünden, wenn es bis zum Schmelzzustand erhitzt wird. Sein Staub kann auch bei Raumtemperatur brennen.

Der schwere Hammer fiel aus der Höhe und schlug auf die Oberfläche des Batteriemusters, wodurch sofort eine große Hitze entstand, die dazu führte, dass die Lithiumplatte, die durch das Zerbrechen der Batterie der Luft ausgesetzt war, mit dem Sauerstoff in der Luft reagierte und Funken erzeugte. Bei der Herstellung von Batterien reagieren die der Luft ausgesetzten Lithiumplatten nicht mit einer geringen Menge an Feuchtigkeit in der Luft. Daher reagiert Li in diesem Experiment mit Wasser, wobei Wasserstoff und Wärme freigesetzt werden, und die Möglichkeit einer Verbrennung ist sehr gering.

(2) Der interne Kurzschluss zwischen der positiven und der negativen Elektrode zeigt sich als eine normale Lithium-Primärbatterie, die während des Aufpralls "Funken" erzeugt. Nach dem Aufprall tritt der interne Kurzschluss der Batterie aufgrund der Kompression und des Bruchs der Membran auf. Wenn ein interner Kurzschluss auftritt, fließt eine große Strommenge durch die Batterie, wodurch sie eine beträchtliche Menge an Joule-Wärme erzeugt. Diese Wärmeerzeugung führt zu einer lokalen Erwärmung im Inneren der Batterie, die zu einem thermischen Durchgehen im Inneren der Batterie führt und schließlich einen Brand und eine Explosion verursacht. Es ist ersichtlich, dass beide oben genannten Gründe zu "Funken" beim Aufprall von fertigen Lithium-Primärbatterien führen können, was erklärt, warum die Wahrscheinlichkeit von "Funken" bei der Aufprallprüfung von fertigen Lithium-Primärbatterien höher ist.

3 Schlussfolgerung

Der Grund für die Entzündungs- und Explosionserscheinungen von Lithium-Primärbatterien bei Schlagprüfungen mit schweren Gegenständen kann nicht nur auf interne Kurzschlüsse in der Batterie zurückzuführen sein, sondern auch auf die Hochtemperaturverbrennung des internen Lithiums.