Pourquoi la batterie au lithium-ion explose-t-elle ?

Les types d'explosion des batteries au lithium-ion se divisent principalement en court-circuit et en surcharge, et le court-circuit se divise en court-circuit interne et en court-circuit externe.

La batterie au lithium, je pense que nous devrions être plus rigoureux. Elle devrait être appelée batterie secondaire au lithium-ion. Le Li est le plus petit diamètre et le métal le plus actif du tableau périodique des éléments. Si vous n'êtes pas sûr, vous pouvez consulter le tableau périodique "Lithium hydrogène hélium béryllium bore, carbone azote, oxygène, fluor et néon...". Parce que le Li possède ces caractéristiques, il est largement favorisé par les scientifiques et les ingénieurs intelligents.

Mais c'est aussi une épée à double tranchant. Lorsque le lithium métal est exposé à l'air, il s'oxyde violemment avec l'oxygène de l'air et explose. C'est également un problème difficile dans le pré-lithium. C'est pourquoi, dans les matériaux d'électrode utilisés quotidiennement, nous utilisons généralement des matériaux d'alliage et du graphite pour stocker les atomes de lithium. Ces matériaux sont comme une petite grille de stockage. Les atomes de lithium s'y trouvent, et les plus grosses molécules d'oxygène ne peuvent pas y entrer. Leur réaction n'aura pas lieu, ce qui permet d'éviter les explosions et donc d'atteindre des objectifs de sécurité.

Lorsqu'une pile aux ions de lithium est chargée, les atomes de lithium de l'électrode positive perdent des électrons et s'oxydent en ions de lithium. Les ions de lithium de l'électrode négative passent par l'électrolyte, entrent dans la structure en couches de l'électrode négative et obtiennent un électron, qui est réduit en atomes de lithium. Lors de la décharge, toute la procédure est inversée. (C'est l'origine de la batterie du rocking chair. La batterie de rocking chair fait référence au processus de charge et de décharge de la batterie lithium-ion, qui est le processus d'intercalation et de désintercalation des ions lithium. Lors de l'intercalation et de la désintercalation des ions de lithium, elle est accompagnée de l'équivalent des ions de lithium. Intercalation et désintercalation des électrons. Au cours du processus de charge et de décharge, les ions de lithium sont intercalés / désintercalés et intercalés / désintercalés entre les électrodes positives et négatives). Afin d'éviter le court-circuit causé par le contact direct entre les électrodes positives et négatives de la batterie, un diaphragme à nombreux pores est ajouté dans la batterie pour empêcher le court-circuit. Un bon diaphragme peut également fermer automatiquement les pores lorsque la température de la batterie est trop élevée, de sorte que les ions de lithium ne peuvent pas passer à travers pour éviter le danger.

Batterie au lithium-ion : causes fréquentes d'explosion

Il y a de sérieux problèmes de qualité des matières premières et des matériaux entrants, principalement la qualité de l'électrolyte ;

La pièce d'électrode absorbe l'eau, et l'eau réagit avec l'électrolyte pour générer une grande quantité de gaz et de chaleur ;

Les résultats montrent que la résistance interne de la décharge de charge est plus importante en raison de la moindre injection de liquide, ce qui affecte la transmission des ions lithium ;

Les procédures de soudage et d'étanchéité du couvercle sont mauvaises, les performances d'étanchéité sont médiocres, il y a des fuites d'air et l'humidité extérieure pénètre ;

Le micro-court-circuit interne est principalement constitué de bavures de poussière, qui sont principalement causées par le découpage de la plaque d'électrode et les bavures de coupe ;

Lorsque le courant est trop élevé, l'électrode négative ne peut pas accepter plus d'ions lithium, ce qui forme de la dendrite, perce le diaphragme et provoque un court-circuit ;

La batterie est surchargée, la structure du matériau s'effondre et les dendrites de lithium forment une membrane perçante.

Analyse du type d'explosion d'une batterie au lithium-ion

Les types d'explosion des batteries au lithium-ion se divisent principalement en court-circuit et en surcharge, et le court-circuit se divise en court-circuit interne et en court-circuit externe.

Parlons d'abord du court-circuit externe. Le principe est très simple. Une substance conductrice relie simultanément les électrodes positive et négative depuis l'extérieur de la batterie. Lorsqu'un court-circuit externe se produit, le courant augmente et la batterie commence à produire de la chaleur. Lorsque la chaleur devient plus importante, l'électrolyte se décompose, générant une grande quantité de gaz, et la batterie gonfle.

Nous avons dit que de nombreux diaphragmes ont pour fonction de fermer les pores. À une certaine température, les diaphragmes vont fermer les pores et empêcher la transmission des ions lithium, bloquant ainsi la réaction chimique. Le courant baisse et la température baisse aussi lentement, ce qui évite l'explosion de la batterie. Bien sûr, ce qui précède ne repose que sur une membrane de bonne qualité.

Le court-circuit interne est principalement causé par les bavures des feuilles de cuivre et d'aluminium qui percent le diaphragme, ou par le cristal de dendrite des atomes de lithium qui percent le diaphragme. Ces minuscules métaux en forme d'aiguille peuvent provoquer des micro-court-circuits. Comme il est très mince et qu'il a une certaine valeur de résistance, le courant peut ne pas être très important. Des bavures de feuilles de cuivre et d'aluminium peuvent être provoquées dans le processus de production. Les phénomènes que l'on peut observer sont des fuites de batterie et une auto-décharge rapide. La plupart d'entre eux peuvent être détectés par des testeurs de court-circuit. De plus, en raison de la petite bavure, il arrive qu'elle soit brûlée, ce qui fait que la batterie revient à la normale. Par conséquent, la probabilité d'explosion causée par un micro-court-circuit de la bavure n'est pas élevée. La bavure provient principalement de la découpe, la découpe au laser a peu de bavures.

Il existe d'autres sources de dendrites (lorsque le métal liquide se solidifie, le noyau du cristal solide croît plus rapidement dans certaines directions du cristal, ce qui entraîne la formation de cristaux dendritiques, appelés dendrites. La taille générale des dendrites est très petite, la longueur est de quelques millimètres. Le cristal est composé de dizaines de milliers ou de millions de grains de cristal. Les grains de cristaux d'une dendrite ont une orientation similaire. La structure sérieuse de la dendrite a un effet négatif sur la thermoplasticité), le courant élevé, la précipitation du lithium, etc.

L'explosion causée par une surcharge est relativement courante. Après une surcharge, il y a des cristaux de lithium en forme d'aiguilles sur la plaque d'électrode, des points de perforation sont partout, et des micro-court-circuits se produisent partout. Par conséquent, la température de la batterie va progressivement augmenter, et finalement la température élevée va changer le gaz de l'électrolyte. Dans ce cas, que la température soit trop élevée pour faire brûler et exploser le matériau, ou que la coquille soit cassée en premier, ce qui fait entrer l'air et oxyde violemment le lithium métal, tout est une explosion. Cependant, l'explosion provoquée par un court-circuit interne dû à une surcharge ne se produit pas nécessairement au moment de la charge.

Selon l'analyse des batteries de téléphones portables courantes, il existe toujours un cas où la température de la batterie n'est pas assez élevée pour brûler le matériau et où le gaz généré ne suffit pas à percer le boîtier de la batterie. Nous mettons alors fin à la charge et sortons le téléphone portable.

A ce moment, la chaleur générée par de nombreux micro-courts augmente progressivement la température de la batterie. Après un certain temps, l'explosion se produit. La description courante des consommateurs est que lorsque l'on décroche le téléphone, celui-ci est très chaud, et il explose après avoir été jeté. Bien qu'il soit maintenant doté d'une fonction d'extinction automatique, mais toujours un rappel chaleureux, essayez de ne pas le recharger pendant une longue période.

Mécanisme de protection des batteries au lithium-ion

Qu'il s'agisse de charger ou de décharger, nous avons une mesure, qui utilise généralement le voltage pour s'arrêter. Prenons l'exemple de la batterie ternaire à oxyde de lithium-nickel-cobalt-manganèse et anode de graphite. Lorsque la tension de charge de la batterie est supérieure à 4,2V, le danger arrive tranquillement. Plus la tension est élevée, plus le danger est grand. Car lorsque la tension est supérieure à 4,2V, le nombre d'atomes de lithium dans le matériau de l'électrode positive diminue, la structure des atomes stockés s'effondre, ce qui est permanent et irréversible.

Si vous continuez à charger, l'ion lithium va générer du lithium métal avec des électrons à la surface de l'électrode négative, qui sont appelés dendrites. Ces dendrites vont percer le séparateur et court-circuiter les électrodes positive et négative.

La surcharge augmentera également la température. Si la température dépasse 180 °C, l'électrolyte se décomposera et produira une grande quantité de gaz et de chaleur. L'enveloppe se dilatera. Après la rupture, l'oxygène entre et réagit violemment avec le lithium métal et explose. Par conséquent, la limite supérieure de la tension de charge est une mesure de protection.

La dernière ligne de défense pour la batterie au lithium-ion

En général, nos batteries, qu'il s'agisse d'un téléphone portable ou d'une batterie d'alimentation, sont dotées d'un système (ou d'un logiciel) de gestion de la batterie et d'une carte de circuit imprimé de protection de la batterie qui surveille la tension de la batterie pendant la charge et la décharge afin d'éviter la surcharge, la décharge excessive, la surchauffe, la surchauffe des batteries de grande capacité et la surchauffe de la batterie

Génération actuelle. Si aucun des éléments ci-dessus ne peut protéger la batterie et éviter l'explosion, il n'est possible de réduire les dommages que par autodestruction. Celles-ci doivent être fournies par la cellule de la batterie, comme la valve antidéflagrante de la batterie, le fusible anti-surcharge avec bascule SSD, la coupure du courant et la décharge de pression pour réduire le risque d'explosion de la batterie.

La DGBell dispose de chambres d'essai spéciales pour traiter les surcharges et les décharges excessives de la batterie et les courts-circuits. Nous nous sommes concentrés sur le test de sécurité de la batterie.