بطارية الليثيوم ذات الحزمة الناعمة الناتجة عن تحليل خطأ الدائرة القصيرة، وكيفية تحسين تصميم دائرة قصر بطارية الليثيوم ذات الحزمة الناعمة

بالمقارنة مع البطاريات الأسطوانية والمربعة الأخرى، تتميز العبوة المرنةبطاريات الليثيومأصبحت أكثر شيوعًا في الاستخدام نظرًا لمزايا التصميم المرن للحجم وكثافة الطاقة العالية. يعد اختبار الدائرة القصيرة طريقة فعالة لتقييم بطاريات الليثيوم ذات التغليف المرن. تحلل هذه الورقة نموذج فشل اختبار ماس كهربائى للبطارية لمعرفة العوامل الرئيسية التي تؤثر على فشل ماس كهربائى؛ يحلل نموذج الفشل من خلال إجراء التحقق من الأمثلة في ظل ظروف مختلفة ويقدم مقترحات لتحسين سلامة بطاريات الليثيوم ذات التغليف المرن.

组合图

فشل ماس كهربائى مرنةتعبئة بطاريات الليثيوموعادةً ما يشمل ذلك تسرب السوائل، والتشقق الجاف، والحرائق، والانفجارات. عادة ما يحدث التسرب والتكسير الجاف في المنطقة الضعيفة من حزمة العروة، حيث يمكن رؤية التكسير الجاف لحزمة الألومنيوم بوضوح بعد الاختبار؛ يعد الحريق والانفجار من حوادث إنتاج السلامة الأكثر خطورة، وعادة ما يكون السبب هو رد فعل عنيف للكهارل في ظل ظروف معينة بعد التكسير الجاف للبلاستيك والألمنيوم. وبالتالي، بالمقارنة مع اختبار الدائرة القصيرة لبطارية الليثيوم ذات التغليف المرن، فإن حالة العبوة المصنوعة من الألومنيوم والبلاستيك هي العامل الرئيسي الذي يؤدي إلى الفشل.

3.7 فولت 500 مللي أمبير 502248 بطارية (2)

في اختبار الدائرة القصيرة، يتم قياس جهد الدائرة المفتوحة لـبطاريةينخفض ​​على الفور إلى الصفر، بينما يمر تيار كبير عبر الدائرة ويتم توليد حرارة جول. يعتمد حجم حرارة الجول على ثلاثة عوامل: التيار والمقاومة والوقت. على الرغم من وجود تيار الدائرة القصيرة لفترة قصيرة من الزمن، إلا أنه لا يزال من الممكن توليد كمية كبيرة من الحرارة بسبب التيار العالي. يتم إطلاق هذه الحرارة ببطء خلال فترة زمنية قصيرة (عادةً بضع دقائق) بعد حدوث ماس كهربائي، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة البطارية. ومع زيادة الوقت، تتبدد حرارة الجول بشكل أساسي في البيئة وتبدأ درجة حرارة البطارية في الانخفاض. وبالتالي، فمن المفترض أن يحدث فشل دائرة القصر للبطارية بشكل عام في لحظة حدوث قصر الدائرة وفي فترة زمنية قصيرة نسبيًا بعد ذلك.

بطارية بوليمر 602560

غالبًا ما تحدث ظاهرة انتفاخ الغاز في اختبار الدائرة القصيرة لبطارية الليثيوم ذات التغليف المرن، والتي يجب أن تكون ناجمة عن الأسباب التالية. الأول هو عدم استقرار النظام الكهروكيميائي، أي التحلل التأكسدي أو الاختزالي للكهارل الناتج عن مرور التيار العالي عبر الواجهة بين القطب والكهارل، ويتم تعبئة منتجات الغاز في عبوة من الألومنيوم والبلاستيك. يكون انتفاخ إنتاج الغاز الناتج عن هذا السبب أكثر وضوحًا في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة، لأن التفاعلات الجانبية لتحلل الإلكتروليت من المرجح أن تحدث عند درجات حرارة عالية. بالإضافة إلى ذلك، حتى إذا لم يخضع الإلكتروليت لتفاعلات جانبية للتحلل، فقد يتم تبخيره جزئيًا بواسطة حرارة جول، خاصة بالنسبة لمكونات الإلكتروليت ذات ضغط البخار المنخفض. يكون انتفاخ إنتاج الغاز الناتج عن هذا السبب أكثر حساسية لدرجة الحرارة، أي أن الانتفاخ يختفي بشكل أساسي عندما تنخفض درجة حرارة الخلية إلى درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك، بغض النظر عن سبب إنتاج الغاز، فإن ارتفاع ضغط الهواء داخل البطارية أثناء حدوث ماس كهربائي سيؤدي إلى تفاقم التشقق الجاف لحزمة الألومنيوم والبلاستيك وزيادة احتمالية الفشل.

7.4 فولت 1000 مللي أمبير 523450 بطارية (10)

استنادا إلى تحليل عملية وآلية فشل ماس كهربائى، سلامة التعبئة والتغليف المرنة الليثيومالبطارياتيمكن تحسينها من الجوانب التالية: تحسين النظام الكهروكيميائي، وتقليل مقاومة الأذن الإيجابية والسلبية، وتحسين قوة العبوة المصنوعة من الألومنيوم والبلاستيك. يمكن إجراء تحسين النظام الكهروكيميائي من زوايا مختلفة، مثل المواد النشطة الإيجابية والسلبية، ونسبة القطب الكهربائي والكهارل، وذلك لتحسين قدرة البطارية على تحمل التيار العالي العابر والحرارة العالية لفترة قصيرة. يمكن أن يؤدي خفض مقاومة العروة إلى تقليل توليد حرارة الجول وتراكمها في هذه المنطقة وتقليل تأثير الحرارة بشكل كبير على المنطقة الضعيفة من العبوة. يمكن تحسين قوة حزمة الألمنيوم والبلاستيك من خلال تحسين المعلمات في عملية تصنيع البطاريات، مما يقلل بشكل كبير من حدوث التشقق الجاف والحرائق والانفجار.


وقت النشر: 13 أبريل 2023