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Thermisches Durchgehen einer Lithiumbatterie durch Eindringen eines Nagels - Teil 1

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Thermisches Durchgehen einer Lithiumbatterie durch Eindringen eines Nagels - Teil 1

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In den letzten Jahren haben sich die weltweite Energiekrise und die Umweltverschmutzung zunehmend verschärft. Als sauberer und umweltfreundlicher Energiespeicher werden Lithium-Ionen-Batterien nach und nach für neue Energiefahrzeuge, Solarenergieumwandlungs-Energiespeichergeräte, mobile Kommunikationsgeräte und andere Bereiche eingesetzt. Gegenwärtig werden neue Energiefahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterien in immer mehr Städten eingesetzt, aber einige potenzielle Sicherheitsrisiken werden nach und nach aufgedeckt. Dem Bericht über die Untersuchung von Bränden in Fahrzeugen mit neuer Energie zufolge wird die überwiegende Mehrheit der Brände durch die unkontrollierbare Hitze der Batterie verursacht. Unsachgemäße Verwendung, versehentliche Beschädigung oder Defekte an Lithium-Ionen-Batterien können zu Explosionen und Bränden führen. Unter den vielen Gründen, die das thermische Durchgehen der Batterie auslösen, ist die Akupunktur ein irreversibles zerstörerisches Verhalten, das die Batterie beschädigt. Wenn die Batterie von scharfen Gegenständen durchstochen oder einer großen Stoßkraft ausgesetzt wird, führt dies zu einer mechanischen Beschädigung der Batterie, die die interne Struktur der Batterie zerstört und die internen Materialien direkt freilegt. Gleichzeitig kann es leicht zu einem Kurzschluss zwischen dem Plus- und Minuspol im Inneren der Batterie kommen, wodurch eine große Wärmemenge erzeugt wird und die Temperatur schnell ansteigt, was die Gefahr eines thermischen Durchgehens mit sich bringt.

Bisherige Forschungsarbeiten konzentrierten sich hauptsächlich auf das thermische Modell der Batterieakupunktur und das Akupunkturexperiment, aber unter dem Aspekt der Akupunkturschäden berücksichtigten die bisherigen Forschungen zum thermischen Durchgehungsmodell der Akupunktur nicht die Zufälligkeit der durch Akupunktur ausgelösten thermischen Durchgehung, und die Themen des Akupunkturexperiments waren meist Flachbatterien, aber die Anti-Akupunktureigenschaften von Flachbatterien waren gut. Auf der Grundlage der bisherigen Forschungsarbeiten wurde die zylindrische Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie als Objekt ausgewählt, und die Veränderungen der Batterieform, der Batteriespannung und der Batterieoberflächentemperatur im Falle eines thermischen Durchgehens wurden eingehend untersucht, um Referenzwerte für den sicheren Gebrauch und die Akupunkturprävention von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien zu erhalten.

1.Mechanismus des Auftretens

In der zylindrischen Lithium-Eisenphosphat-Batterie besteht jede Elektrodeneinheit aus einer positiven und einer negativen Elektrode, einem bipolaren Stromabnehmer, einem Diaphragma usw. Die Elektrodeneinheit ist in den Elektrolyten eingetaucht und in der Batteriehülle versiegelt, und das Überdruckventil der Batterie befindet sich in der Nähe der positiven Polfahne der Batterie. Wenn die Batterie mit einem Bajonett durchstochen wird, werden mehrere Elektrodeneinheiten durchstochen, und alle durchstochenen Elektrodeneinheiten nehmen an der Entladung teil. Aufgrund von Fehlern bei der Einstichposition der Batterie und geringfügigen Abweichungen bei der Herstellung der Batterie entstehen durch den Einstich und die beschädigte Elektrodeneinheit unterschiedliche zufällige Kontaktflächen, die sich häufig auf die Entladungswirkung der Elektrodeneinheit und die Größe des Kontaktflächenwiderstands auswirken.

Wenn die Batterie durchstochen wird, wandern die Partikel im Inneren der Batterie. Die positiven und negativen Stromabnehmer im Inneren der Batterie entsprechen einem Kurzschluss, und ein großer Strom wird sofort vom positiven Stromabnehmer zum negativen Stromabnehmer durch das Bajonett erzeugt. Li wird aus der in der negativen Elektrode eingebetteten Lithiumstruktur herausgelöst, gelangt in den Elektrolyten und wandert durch das Diaphragma zur positiven Elektrode. Wenn die Batterie durchstochen wird, beeinflusst die zufällige Kontaktschnittstelle die interne Entladung der Batterie.

Wenn der Kontakt zwischen der Nadel und mehreren Elektrodeneinheiten gut ist, sind mehrere Elektrodeneinheiten an der Kurzschlussentladung beteiligt, und die Hitze wird größer. Wenn die Nadel nur mit einigen wenigen Elektrodeneinheiten in Kontakt kommt, ist die Anzahl der an der Entladung beteiligten Elektrodeneinheiten relativ gering, die erzeugte Wärme ist ebenfalls relativ gering und die thermische Durchschlagreaktion der Batterie ist relativ mild. Bei einem internen Kurzschluss der Batterie wird während des heftigen Entladevorgangs mehr Wärme erzeugt, was zu einem Anstieg der Temperatur der Batterie führt.

Im Allgemeinen ist die spezifische Situation der Batterie, die unter dem internen Kurzschluss der Nadel leidet, komplex und veränderlich, und es ist schwierig, die genauen Veränderungen der Parameter wie des Kurzschlussstroms, des Innenwiderstands der Batterie und der an der Reaktion beteiligten Elektrodeneinheit zu messen. Daher werden in dieser Arbeit die externen Makro-Batteriespannungsänderungen und die Oberflächentemperatur der Batterie untersucht und analysiert.

2.Prüfkammer für die Nageleindringung

Der Hauptteil der Akupunktur-Versuchsplattform basiert auf der Batterie-Extrusions-Akupunktur-Testmaschine von DGBELL. In der Prüfkammer kann die Nadelgeschwindigkeit über das Bedienfeld auf 20 mm/s eingestellt werden, und die Nadel wird als φ 5 mm Wolframstahlnadel ausgewählt, der Nadelhub beträgt 200 mm (die Batterie wird vollständig durchstochen). Gleichzeitig werden die Batteriespannung und die Oberflächentemperatur der Batterie online gemessen, und die gesammelten Daten werden nach dem Passieren der Datenerfassungskarte im oberen Computer zur weiteren Verarbeitung gespeichert.

Bei der Versuchsbatterie handelt es sich um eine 32650-Lithium-Eisenphosphat-Batterie. Die Batterie wird mit einer speziellen Klemme befestigt, die eine radiale Abweichung der Batterie während des Experiments verhindert. Legen Sie die Batterie in die Durchstichprüfkammer mit Explosionsschutzfunktion, ziehen Sie die Kunststoffhaut in einem Abstand von 15 mm und 45 mm vom negativen Ende der Batterie ab und platzieren Sie die K-Typ-Patch-Thermoelement-Messstelle auf der Oberfläche der Batteriehülle. Die Nadelposition ist 30 mm von der negativen Elektrode entfernt. Nach dem Einstechen in die Batterie verbleibt die Nadel 600 Sekunden lang in der Batterie.

In Anbetracht der Zufälligkeit der Kontaktfläche zwischen der Nadel und der beschädigten Elektrodeneinheit nach dem Eindringen der Nadel in die Batterie im Experiment wurden sechs 32650 Lithium-Eisenphosphat-Batterien mit voller Ladung (SOC=1) für das Experiment ausgewählt, und die experimentellen Ergebnisse von sechs Gruppen von Nadelexperimenten wurden verglichen und ausgewertet. Die Umgebungstemperatur jedes Experiments wurde auf (20+2) ℃ geregelt. Um zu verhindern, dass die vorherige Versuchsgruppe die nächste Versuchsgruppe beeinflusst, beträgt der Abstand zwischen zwei benachbarten Versuchsgruppen 24 Stunden, und jeder Versuch muss durch eine neue Wolframstahlnadel ersetzt werden.