Was hat zum Ausfall der 18650-Batterie geführt?

Mit der rasanten Entwicklung der Elektrofahrzeugindustrie werden Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer hohen Energiedichte, ihres Memory-Effekts und ihrer hohen Sicherheit im Bereich der Leistungsbatterien häufig eingesetzt. Aufgrund der Besonderheit von Elektrofahrzeugen muss auch die Sicherheit von Kraftzellen höher sein.

Beispielsweise darf bei einem Sicherheitsunfall wie einer Kollision mit einem Elektroauto die Batterie nicht in Brand geraten oder explodieren, um die Sicherheit des Fahrers zu gewährleisten. Daher umfasst der Sicherheitstest für Leistungsbatterien Tests wie Extrusion und Akupunktur, bei denen die Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien unter extremem Missbrauch berücksichtigt wird. Ob diese strengen Sicherheitstests bestanden werden können oder nicht, ist der ultimative Standard für die Bewertung der Sicherheit einer Lithium-Ionen-Batterie.

Im Extrusionstest verformt die Lithium-Ionen-Batterie zuerst die Hülle und beginnt dann, den Kern zusammenzudrücken. Da die nach dem Trockenzugverfahren hergestellte Membran derzeit in Quer- und Diagonalrichtung weniger stark ist, erreicht die Verformung des Kerns einen gewissen Grad. Wenn die Querschicht der Membran zuerst bricht, führt dies zu einem direkten Kontakt zwischen den positiven und negativen Polen der Lithium-Ionen-Batterie, einem Kurzschluss und einer sofortigen Freisetzung einer großen Wärmemenge, was zur Zersetzung des Negativs führt SEI-Membran, das positive polare aktive Material und der Elektrolyt, was zum thermischen Durchgehen der Lithium-Ionen-Batterie führte. Dies führte schließlich zu einem Brand und einer Explosion der Lithium-Ionen-Batterie.

Um ein thermisches Durchgehen beim Extrusionstest von Lithium-Ionen-Batterien zu vermeiden und die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern, ist es notwendig, den Mechanismus des thermischen Durchgehens beim Extrusionstest von Lithium-Ionen-Batterien eingehend zu untersuchen, um Führen Sie ein gezieltes Sicherheitsdesign für Lithium-Ionen-Batterien durch. Um die Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterie im Extrusionstest zu verbessern. Hier ist ein Blick auf die neuesten MIT-Forschungsergebnisse.

JunerZhu et al. des Massachusetts Institute of Technology verwendete die 18650-Batterie, um den Mechanismus des thermischen Durchgehens von Lithium-Ionen-Batterien während der axialen Extrusion zu untersuchen, und verwendete das Finite-Elemente-Analysemodell, um eine Simulationsanalyse durchzuführen. Das Modell stellt die Auswirkungen unterschiedlicher Axialdrücke auf Lithium-Ionen-Batterien wieder her, und die Ergebnisse der Analyse werden durch CT-Scannen überprüft. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass zwei Arten von Gründen erklärt werden können, die bei Extrusionstests einen Kurzschluss von Lithium-Ionen-Batterien verursachen.

Da 18650-Zellen in Leistungsbatterien im Allgemeinen vertikal zusammengebaut sind, ist die axiale Kompression die Hauptursache für die Verformung von Lithium-Ionen-Zellen im Falle eines Herunterfalls des Batteriepacks. Daher untersuchte JunerZhu hauptsächlich den Mechanismus des Kurzschlusses von Lithium-Ionen-Batterien, der durch Batterieverformungen unter axialem Druck verursacht wird.

Einige traditionelle Modelle gehen davon aus, dass das Innere einer Lithium-Ionen-Batterie ein homogenes Ganzes ist, so dass es unmöglich ist, die Testergebnisse genau vorherzusagen, wenn der axiale Kompressionstest der 18650-Batterie vorhergesagt wird. Dies ist hauptsächlich auf die spezielle Struktur des Lithium-Ionen-Batteriekerns zurückzuführen. Der obere und der untere Teil des Kerns sind nicht genau gleich, und aufgrund der einzigartigen Struktur der Lithium-Ionen-Batterieabdeckung (dh der positiven Elektrode) kann die Lithium-Ionen-Batterie vor dem internen Kurzschluss einem axialen Druck ausgesetzt sein Schaltung auftritt. Verursacht einen Kurzschluss zum lithium-ionen-akku.

Die 18650-Batterie besteht aus drei Hauptteilen: einem Sicherheitsventil, einem Rollenkern und einer kohlenstoffarmen Stahlhülle. Das Sicherheitsventil besteht normalerweise aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten, einem Sicherheitsventil aus Aluminium, einem positiven Extremon aus Edelstahl, einem Gasdichtungskissen usw. Der Kern besteht aus einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einer Membran. In diesem Experiment ist der Wirkstoff der positiven Elektrode LiCoO2. Die axiale Lastlastgeschwindigkeit beträgt 5 mm / min, und alle Testzellen wurden vor dem Test vollständig entladen (SOC = 0).

Die Testergebnisse zeigten, dass der Druck der 18650-Batterie im Axialdrucktest einen langsamen Aufwärtstrend zeigte - einen schnellen Aufwärtstrend - einen leichten Abwärtstrend - und der Spannungstest zeigte, dass die 18650-Batterie nicht versagen würde, bis die Verformung 4 mm erreichte. Darüber hinaus wurde durch Tests festgestellt, dass der plötzliche Spannungsabfall der 18650-Batterie hauptsächlich durch den internen Kurzschluss der Batterie und nicht durch die interne Struktur verursacht wurde.

Um den Mechanismus des Versagens von 18650 unter axialem Druck zu untersuchen, verwendete JunerZhu auch Finite-Elemente-Software, um ihn zu analysieren. Die Materialien im Modell verwendeten hauptsächlich ElastoPlastic-Modelle und berücksichtigten die Anisotropie verschiedener Materialien. Das Modell enthält Millionen von Recheneinheiten, und die Lastgeschwindigkeit der Axiallast ist auf 1 m / s eingestellt. Die Simulationsergebnisse geben die Verformung der 18650-Batterie unter axialer Belastung wieder.

Zunächst beginnt die Hülle im oberen Abdeckungsbereich der Batterie eine plastische Verformung zu erfahren. Nachdem die Verformung 1 mm überschreitet, beginnt die verformte Hülle, den oberen Teil des Batteriekerns zusammenzudrücken. Mit zunehmender Verformung beginnt sich der Kern zu verformen. Infolgedessen fällt die Druckkurve leicht ab, und mit zunehmender Kontaktfläche zwischen dem Batteriegehäuse und dem Kern zeigt die Druckkurve einen schnell ansteigenden Trend. Die Ergebnisse des CT-Scans bestätigen auch die obige Analyse. Die Verformung der Testbatterie tritt hauptsächlich im Aufbau auf, und die Modifikation der Unterbatterie weist fast keine Verformung auf.

Die Demontage der 18650-Batterie nach dem Test zeigte, dass der Kern zwar stark verformt war, die positiven und negativen Pole jedoch nicht brachen. Stattdessen trat in einem Abstand von 1,3 mm von der Oberkante ein Riss in der Membran auf, der die Batterie direkt verursachte. Kurzschluss, Spannung fällt plötzlich ab, und dieser Riss kann durch die scharfe Kante der Metallfolieninvasion verursacht werden. Darüber hinaus ist die Dicke der Membran an einigen Stellen stark gesunken, was hauptsächlich auf die Kompression des Kerns der versunkenen Schale zurückzuführen ist.

Aus den obigen Analyseergebnissen sind die möglichen Gründe für den Kurzschluss der 18650-Batterie unter axialem Druck hauptsächlich die folgenden.

1. Die Schale hat durch eine gerissene Membran Kontakt mit den positiven und negativen Polen

2. Positive und negative Pole berühren sich durch eine gerissene Membran

3. Positive und negative Pole berühren sich durch den Bereich, in dem die Membran dünn ist

4. Das Überdruckventil wird zusammengedrückt und mit dem Kern in Kontakt gebracht

Aufgrund der Testergebnisse wird ein interner Kurzschluss verursacht, wenn die axiale Verformung der 18650-Zelle 4 mm erreicht. Daher muss das Sicherheitsdesign des akkus besonders berücksichtigt werden. Da Verformungen hauptsächlich im oberen Teil der 18650-Batterie bei axialem Druck auftreten, muss außerdem die Sicherheitsauslegung des oberen Teils der 18650-Batterie besonders berücksichtigt werden.

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