Beschreiben Sie kurz den Bruch der Kupferfolie in der Lithium-Ionen-Batterie während der Extrusion

Bei akkus sind Sicherheit und elektrische Leistung gleichermaßen wichtig. Wenn während der Verwendung eines Elektrofahrzeugs ein energiereicher Unfall wie eine Kollision auftritt, kann die Lithium-Ionen-Batterie stark deformiert sein und schwerwiegende Sicherheitsprobleme wie einen internen Kurzschluss der Lithium-Ionen-Batterie verursachen. Wenn ein interner Kurzschluss in der Lithium-Ionen-Batterie auftritt, werden 70% der Energie des gesamten Batteriesatzes innerhalb von 60 Sekunden durch den Kurzschlusspunkt freigesetzt, was einen schnellen Anstieg der lokalen Temperatur und dann eine Zersetzung des Positivs verursacht und negative Wirkstoffe und Elektrolyte usw., was zu einem thermischen Durchgehen der Lithium-Ionen-Batterie führt.

Um die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien unter den oben genannten Bedingungen zu gewährleisten, wurde ein strenger Extrusionstest entwickelt, um die Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien im Falle einer großen Verformung zu untersuchen. Studien haben gezeigt, dass während des Extrusionstests zuerst die Verformung und gleichmäßige Verschiebung der Elektrode auftritt. Mit zunehmendem Verformungsgrad rutscht der Stromkollektor entlang der 45-Grad-Gleitlinie. Schließlich ist die Membran zu deformiert. Dies führt dazu, dass die Membran ausfällt und ein Kurzschluss mit größerer Fläche auftritt.

Sobald der interne Kurzschluss auftritt, ist die Lithium-Ionen-Batterie möglicherweise außer Kontrolle und die hohe Temperatur verbrennt die Batterie. Selbst wenn es kein thermisches Durchgehen gibt, schmilzt die lokale hohe Temperatur immer noch den Stromkollektor, die Membran usw., so dass die Lithiumionenbatterie zusammengedrückt wird. Strukturelle Änderungen beim Testen waren schon immer eine Schwierigkeit.

HsinWang et al. des Oak Ridge National Laboratory in den USA verwendeten die 3DXCT-Technologie, um die internen Strukturänderungen von Lithium-Ionen-Batterien während des Extrusionstests zu untersuchen. Es wurde zum ersten Mal festgestellt, dass Kupferfolien während des Extrusionstests mikroskopische Fragmente erzeugten, und diese Fragmente waren schwierig. Durch konventionelle optische und Elektronenmikroskopie wurde entdeckt, dass diese verborgenen Kupferfolienfragmente einen signifikanten Einfluss auf die elektrische Leistung und das thermische Durchgehen von Lithium-Ionen-Batterien haben können, was weitere Untersuchungen verdient.

In dem Experiment wird die handelsübliche Lithium-Kobaltoxid-Batterie verwendet. Der Batteriekern nimmt eine Wicklungsstruktur mit einer Größe von 30 mm, 40 mm, 4,5 mm an. Um sicherzustellen, dass die Lithium-Ionen-Batterie während des Extrusionstests kein thermisches Durchgehen aufweist, steuert HsinWang den Stromverbrauch der Batterie. Innerhalb von 10% SoC zeigt die folgende Abbildung die Struktur der Batterie nach dem Drücken und Testen der Batterie. Die interne Struktur der Batterie ist in Abbildung c nicht dargestellt. Abbildung d zeigt die interne Struktur der Batterie nach dem Extrusionstest. Nach dem Extrusionstest wurden die Elektroden symmetrisch gefaltet und geknittert, und einige der Elektrodenschichten wurden gebogen, um einen großen Spalt zwischen den Elektrodenschichten zu erzeugen.

Die folgende Abbildung ist ein teilweise vergrößertes Bild. Aus der Figur ist ersichtlich, dass die Elektrode in Einschnittrichtung stark gefaltet und verformt wurde. Aus dem Vergleich von Abbildung c und Abbildung d ist ersichtlich, dass die Batterie nach der Extrusion eine große Menge an Kupferfolienoberfläche aufweist. Riss.

Die Batterie wurde nach dem obigen Experiment zerlegt, wie in der folgenden Figur gezeigt. Es ist ersichtlich, dass es an der Zwischenposition, an der die Extrusion durchgeführt wird, einen Kurzschlusspunkt gibt, aber durch optische Beobachtung der Oberfläche von tritt kein offensichtliches Rissphänomen auf die negative Elektrode.

Durch die Röntgenradiographietechnik wurde jedoch eine große Anzahl von Rissen in der Kupferfolie beobachtet, wie in der folgenden Abbildung b gezeigt, aber wenn die obige Elektrode durch SEM beobachtet wurde, wurde nur eine geringe Menge an Elektrodenbruch beobachtet. Dies zeigt an, dass, obwohl die Kupferfolie eine große Anzahl von Rissen erzeugt, die Oberfläche der Elektrode keine offensichtlichen Risse aufweist, da die Graphit-negative Elektrodenbeschichtung dick ist. Daher kann der Bruch der Kupferfolie mittels Optik und REM nicht gut beobachtet werden. Die Röntgenpenetration ist jedoch sehr gut, Graphit blockiert Röntgenstrahlen kaum und die Kupferfolie blockiert Röntgenstrahlen effektiv. Daher kann die Röntgenbildgebungstechnologie den Bruch von Kupferfolie beim Zusammendrücken gut zeigen.

Der Grund für den Riss auf der Kupferfolie kann sein, dass die Zähigkeit der Kupferfolie schlecht ist und es sehr wahrscheinlich ist, dass Risse auftreten, wenn sie in vertikaler Richtung gedrückt werden. In Bezug auf die Ursache der Versprödung der Kupferfolie sind weitere Untersuchungen erforderlich, die sich auf die Verarbeitung und das Fräsen der Elektroden beziehen können. Sie hängt mit der Restspannung während des Pressvorgangs zusammen. Gebrochene Kupferfolie kann die folgenden Auswirkungen auf Lithium-Ionen-Batterien haben.

1) Erstens kann die gebrochene Kupferfolie nicht die Funktion des Stromkollektors übernehmen, was zum Verlust der effektiven Verbindung zwischen dem lokalen aktiven Material und dem leitenden Netzwerk führt.

2) Das aktive Material und der Elektrolyt werden in die Lücken der gebrochenen Kupferfolie gefüllt, aber sie sind keine guten elektronischen Leiter und Wärmeleiter. Wenn hier ein Kurzschluss auftritt, ist es schwierig, Wärme schnell zu leiten.

3) Der zu quetschende Bereich, da sich der Kontakt zwischen dem aktiven Material und dem leitenden Netzwerk verschlechtert, was zu einer Abnahme der Aktivität oder einer Nichtteilnahme an der Lade- und Entladungsreaktion führt, was zu einer Abnahme der Kapazität des Lithiums führt Ionenbatterie.

4) Eine gebrochene Kupferfolie verringert die mechanischen Eigenschaften der negativen Elektrode.

5) Der endgültige Ausfall der Batterie im Extrusionstest wird hauptsächlich durch den Ausfall der positiven Elektrode und der Membran verursacht.

6) In der Anfangsphase des Auftretens des Kurzschlusses kommt hauptsächlich das aktive Material aus Al-Folie / positiver Elektrode mit dem aktiven Material aus Kupferfolienchip / Graphit der negativen Elektrode in Kontakt.

Die oben genannten Untersuchungen sind für uns eine große Hilfe, um den Wärmeauslaufmechanismus von Lithium-Ionen-Batterien bei mechanischem Missbrauch zu verstehen und um zu beurteilen, ob Lithium-Ionen-Batterien nach mechanischen Schäden weiterhin verwendet werden können. Weitere Untersuchungen zum Risserzeugungsmechanismus von Kupferfolie während der Extrusion sind erforderlich.

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