Ve srovnání s jinými válcovými a čtvercovými bateriemi flexibilní balenílithiové bateriejsou stále populárnější díky výhodám flexibilního designu velikosti a vysoké hustotě energie. Testování zkratu je účinný způsob hodnocení flexibilních obalových lithiových baterií. Tento článek analyzuje model selhání testu zkratu baterie, aby zjistil hlavní faktory ovlivňující selhání zkratu; analyzuje model selhání provedením příkladného ověření za různých podmínek a předkládá návrhy na zlepšení bezpečnosti flexibilních obalových lithiových baterií.
Zkratová porucha ohebnéhobalení lithiových bateriíobvykle zahrnuje únik kapaliny, suché praskání, požár a výbuch. K netěsnostem a suchým prasklinám obvykle dochází ve slabé oblasti pouzdra s výstupky, kde lze po testu jasně vidět praskání hliníkového obalu za sucha; požár a výbuch jsou nebezpečnější bezpečnostní výrobní havárie a příčinou je obvykle prudká reakce elektrolytu za určitých podmínek po suchém praskání hliníkového plastu. Ve srovnání s testem zkratu flexibilního obalu lithiové baterie je tedy stav hliníkového plastového obalu klíčovým faktorem vedoucím k selhání.
Při zkratové zkoušce je napětí naprázdno obvodubaterieokamžitě klesne na nulu, zatímco obvodem prochází velký proud a vzniká Jouleovo teplo. Velikost Jouleova tepla závisí na třech faktorech: proudu, odporu a času. Přestože zkratový proud existuje po krátkou dobu, stále může vzniknout velké množství tepla díky vysokému proudu. Toto teplo se pomalu uvolňuje během krátké doby (obvykle několik minut) po zkratu, což má za následek zvýšení teploty baterie. S přibývajícím časem se Jouleovo teplo převážně odvádí do okolí a teplota baterie začíná klesat. Předpokládá se tedy, že zkratová porucha baterie obecně nastává v okamžiku zkratu a v relativně krátké době poté.
Jev plynového vyboulení se často vyskytuje při testu zkratu flexibilní obalové lithiové baterie, což by mělo být způsobeno následujícími důvody. Prvním je nestabilita elektrochemického systému, tj. oxidační nebo redukční rozklad elektrolytu způsobený vysokým proudem procházejícím rozhraním mezi elektrodou a elektrolytem a plynné produkty jsou plněny v hliníkově-plastovém obalu. Vyboulení při produkci plynu způsobené tímto důvodem je zjevnější za podmínek vysoké teploty, protože vedlejší reakce rozkladu elektrolytu se pravděpodobněji vyskytují při vysokých teplotách. Navíc, i když elektrolyt nepodléhá vedlejším rozkladným reakcím, může být částečně odpařen Jouleovým teplem, zejména u složek elektrolytu s nízkým tlakem par. Vyboulení při produkci plynu způsobené touto příčinou je citlivější na teplotu, tj. vyboulení v podstatě zmizí, když teplota článku klesne na pokojovou teplotu. Bez ohledu na příčinu tvorby plynu však zvýšený tlak vzduchu uvnitř baterie při zkratu zhorší suché praskání hliníkovo-plastového obalu a zvýší pravděpodobnost poruchy.
Na základě analýzy procesu a mechanismu zkratového selhání je bezpečnost flexibilních obalů lithiabaterielze zlepšit z následujících aspektů: optimalizace elektrochemického systému, snížení kladného a záporného odporu uší a zlepšení pevnosti hliníkovo-plastového obalu. Optimalizaci elektrochemického systému lze provádět z různých úhlů, jako jsou kladné a záporné aktivní materiály, poměr elektrod a elektrolyt, aby se zlepšila schopnost baterie odolávat přechodnému vysokému proudu a krátkodobému vysokému teplu. Snížení odporu výstupků může snížit tvorbu a akumulaci Jouleova tepla v této oblasti a výrazně snížit tepelný dopad na slabou oblast obalu. Zlepšení pevnosti hliníkovo-plastového obalu lze dosáhnout optimalizací parametrů v procesu výroby baterie, čímž se výrazně omezí výskyt suchého praskání, požáru a výbuchu.
Čas odeslání: 13. dubna 2023