W porównaniu z innymi akumulatorami cylindrycznymi i kwadratowymi, elastyczne opakowaniebaterie litowestają się coraz bardziej popularne w użyciu ze względu na zalety elastycznej konstrukcji i dużej gęstości energii. Testowanie zwarć to skuteczny sposób oceny elastycznych akumulatorów litowych. W artykule dokonano analizy modelu uszkodzenia testu zwarciowego akumulatora w celu ustalenia głównych czynników wpływających na awarię zwarciową; analizuje model awarii, przeprowadzając przykładową weryfikację w różnych warunkach i podaje propozycje poprawy bezpieczeństwa akumulatorów litowych o elastycznych opakowaniach.
Awaria zwarciowa przewodu elastycznegopakowanie baterii litowychzwykle obejmuje wyciek cieczy, suche pękanie, pożar i eksplozję. Wycieki i pękanie na sucho zwykle występują w słabych obszarach pakietu uchwytów, gdzie po badaniu wyraźnie widać pękanie na sucho pakietu aluminiowego; pożar i eksplozja są bardziej niebezpiecznymi wypadkami związanymi z bezpieczeństwem, a przyczyną jest zwykle gwałtowna reakcja elektrolitu w pewnych warunkach po suchym pękaniu aluminium. Zatem w porównaniu z testem zwarciowym elastycznej baterii litowej, stan opakowania aluminiowo-plastikowego jest kluczowym czynnikiem prowadzącym do awarii.
W teście zwarciowym napięcie obwodu otwartegobaterianatychmiast spada do zera, podczas gdy przez obwód przepływa duży prąd i generowane jest ciepło Joule'a. Wielkość ciepła Joule'a zależy od trzech czynników: prądu, rezystancji i czasu. Chociaż prąd zwarciowy występuje przez krótki czas, ze względu na wysoki prąd może w dalszym ciągu wytworzyć się duża ilość ciepła. Ciepło to jest powoli uwalniane w krótkim czasie (zwykle kilka minut) po zwarciu, co powoduje wzrost temperatury akumulatora. W miarę upływu czasu ciepło Joule'a jest głównie rozpraszane do otoczenia, a temperatura akumulatora zaczyna spadać. Zakłada się zatem, że awaria zwarciowa akumulatora na ogół następuje w momencie zwarcia i w stosunkowo krótkim czasie po nim.
Zjawisko wybrzuszenia gazu często występuje podczas próby zwarcia elastycznej baterii litowej opakowaniowej, co powinno być spowodowane następującymi przyczynami. Pierwszą z nich jest niestabilność układu elektrochemicznego, czyli utleniający lub redukcyjny rozkład elektrolitu spowodowany przepływem dużego prądu przez granicę między elektrodą a elektrolitem, a produkty gazowe znajdują się w opakowaniu aluminiowo-plastikowym. Wybrzuszenie powstające z tego powodu jest bardziej oczywiste w warunkach wysokiej temperatury, ponieważ reakcje uboczne rozkładu elektrolitu są bardziej prawdopodobne w wysokich temperaturach. Ponadto, nawet jeśli elektrolit nie ulega ubocznym reakcjom rozkładu, może zostać częściowo odparowany pod wpływem ciepła Joule'a, szczególnie w przypadku składników elektrolitu o niskiej prężności par. Wybrzuszenie wytwarzania gazu spowodowane tą przyczyną jest bardziej wrażliwe na temperaturę, tj. wybrzuszenie zasadniczo zanika, gdy temperatura ogniwa spadnie do temperatury pokojowej. Jednak niezależnie od przyczyny wydzielania się gazu, podwyższone ciśnienie powietrza wewnątrz akumulatora podczas zwarcia pogorszy suche pękanie opakowania aluminiowo-plastikowego i zwiększy prawdopodobieństwo awarii.
Na podstawie analizy procesu i mechanizmu awarii zwarciowej zbadano bezpieczeństwo giętkich opakowań litowychbateriemożna ulepszyć w następujących aspektach: optymalizacja układu elektrochemicznego, zmniejszenie dodatniego i ujemnego oporu ucha oraz poprawa wytrzymałości opakowania aluminiowo-plastikowego. Optymalizację układu elektrochemicznego można przeprowadzić pod różnymi kątami, takimi jak dodatnie i ujemne materiały aktywne, stosunek elektrod i elektrolit, aby poprawić zdolność akumulatora do wytrzymywania przejściowego wysokiego prądu i krótkotrwałego wysokiego ciepła. Obniżenie oporu występu może zmniejszyć wytwarzanie i akumulację ciepła Joule'a w tym obszarze oraz znacznie zmniejszyć wpływ ciepła na słaby obszar opakowania. Poprawę wytrzymałości opakowania aluminiowo-plastikowego można osiągnąć poprzez optymalizację parametrów w procesie produkcji akumulatorów, znacznie ograniczając występowanie suchych pęknięć, pożarów i wybuchów.
Czas publikacji: 13 kwietnia 2023 r