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#Actualités du secteur
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Essais partiels sur la sécurité des batteries au lithium - Partie 1
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Essais partiels sur la sécurité des batteries au lithium - Partie 1
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Depuis la production de masse de la batterie au lithium, celle-ci a rapidement mené la tendance dans le domaine des batteries grâce à ses excellentes performances telles que le rapport énergétique élevé, la longue durée de vie et la haute tension d'électrode. Elle présente un avantage absolu pour les téléphones mobiles, les ordinateurs et d'autres industries, et est devenue l'un des principaux sujets de recherche sur les véhicules à énergie nouvelle. Afin de répondre aux exigences du marché en matière d'énergie de stockage élevée, les entreprises augmentent la recherche et le développement de l'énergie spécifique d'une seule batterie. Bien qu'elle puisse améliorer l'autonomie des téléphones mobiles, la densité énergétique volumique d'une batterie unique est de plus en plus élevée, et les problèmes de sécurité deviennent de plus en plus importants. Le principal facteur restrictif pour la promotion commerciale des batteries haute capacité et lithium-ion est la sécurité, et il existe de nombreux risques potentiels pour la sécurité. Afin d'analyser et de résoudre ces problèmes, plusieurs normes de sécurité internationales ont été proposées, telles que IEC62133, UL1642, IEEE1625, etc. La norme recommandée GB / T18287-2000 a également été introduite en Chine. Dans le même temps, afin d'assurer la sécurité des piles au lithium dans l'aviation, le transport longue distance et l'utilisation des équipements, les normes UN38.3, GB4943, etc. ont été introduites. Cependant, ces dernières années, avec l'utilisation à grande échelle du marché et l'augmentation de la capacité propre de la batterie, la probabilité de problèmes graves tels que l'incendie et l'explosion des batteries au lithium dans des conditions abusives (telles que la surcharge et la surdécharge par chauffage, le court-circuit, les vibrations, l'extrusion, etc. Les blessures dues à l'explosion qui en résultent ou le rappel de produits en raison de risques pour la sécurité ont souvent des effets mortels sur les entreprises. Diverses entreprises investissent dans le développement de nouvelles technologies de prévention de la sécurité des batteries au lithium, tout en simulant les problèmes possibles pour réaliser des méthodes de détection plus adaptées, telles que le test de court-circuit interne obligatoire JISC8714 du Japon ; le test de température limite supérieure et inférieure IEC ; le test d'acupuncture. Afin de répondre à la demande du marché, les normes de sécurité existantes ont également été mises à niveau en Chine, et révisées en GB/T18287-2013, GB31241-2014 ; Cet article explore brièvement certaines des méthodes de détection actuelles.
Test de pénétration des ongles
Le test d'aiguilletage est un court-circuit interne forcé. Sous une température ambiante de 20 ℃ ± 5 ℃, la batterie est entièrement chargée avec un courant de charge standard, un thermocouple est collé près du centre de la batterie et placé dans la hotte, et une aiguille en acier inoxydable de 3 mm de diamètre est utilisée pour percer rapidement la batterie à la vitesse de 20 mm / s. L'aiguille doit pénétrer complètement de l'autre côté de la batterie, puis l'aiguille en acier reste immobile pendant 1 minute. Observez si la batterie prend feu et explose, et détectez les données de changement de température de la batterie en même temps. La norme de réussite de l'expérience est que la pile ne prenne pas feu et n'explose pas. Parce que ce type de test n'est pas facile à passer, il y a un différend sur le problème de simulation de scénario, et le test n'est pas répertorié dans la norme nationale GB / T18287. QC / T743-2006 a un test d'aiguille : utiliser un ø 3mm ~ ø 8mm aiguille en acier résistant à haute température pour pénétrer de la direction perpendiculaire à la plaque de la batterie (l'aiguille en acier reste dans la batterie). La batterie ne doit pas exploser ou prendre feu.
L'essai de pénétration de l'aiguille simule le problème de sécurité qui se pose après que des objets étrangers, en particulier des substances métalliques tranchantes, aient poignardé la surface de la batterie. À ce moment, le film d'isolation de la batterie est percé, et les électrodes positives et négatives de la batterie sont court-circuitées instantanément. Le courant de court-circuit peut produire instantanément beaucoup de chaleur. L'acupuncture provoque un court-circuit de la batterie au niveau du point d'acupuncture. L'aiguille en acier elle-même devient le point de court-circuit et génère une grande quantité de chaleur pour former une zone de surchauffe locale le long de la batterie autour de l'aiguille en acier. Définissez la résistance en courant continu de la batterie comme étant R, la résistance de court-circuit de la zone de court-circuit comme étant r, la tension de la batterie comme étant U, et la puissance de génération de chaleur dans la zone de circuit Q : Q = U²r / (R + r)². Lorsque la température dans la zone de surchauffe locale dépasse le point critique, elle conduit à un échauffement hors de contrôle. Actuellement, l'électrolyte le plus couramment utilisé pour les batteries lithium-ion industrielles est le solvant mixte de LiPF6 et de carbonate d'alkyle (y compris ECPC, decemc, etc.). Les points d'éclair de ces solvants courants sont les suivants : 160 ℃ (EC) 132 ℃ (PC) 31 ℃ (DEC) 31C (DMC). Dans le même temps, l'électrolyte va également envoyer une réaction de décomposition. La réaction de décomposition a lieu entre 170 ℃ et 330 ℃, et le dégagement de chaleur est d'environ 460 J / g, ce qui est lié au sel de lithium et au solvant. Il est constaté dans l'expérience que la température de la batterie générale augmente fortement après le court-circuit de l'aiguille, et peut atteindre environ 120 ℃ en quelques secondes. Comme le carbonate d'alkyle est très facile à brûler, lorsque la coque de la batterie lithium-ion est percée, le solvant fuit et entre en contact avec l'oxygène de l'air, il est possible d'enflammer le solvant organique dans la zone surchauffée près de l'aiguille en acier, ce qui provoque l'inflammation ou la détonation interne de la batterie.
Les piles au lithium sont constituées de plusieurs électrodes positives et négatives connectées en parallèle, comme le montre la figure 1. La pointe de l'ongle commence par percer lentement la membrane d'isolation positive et négative de la première couche, à ce moment, le courant de décharge de la première couche de morceaux d'électrodes parallèles est très important, et les morceaux d'électrodes restants qui n'ont pas été court-circuités sont déchargés et chauffés par le premier point de court-circuit ; Continuez à pénétrer dans la membrane d'isolation du deuxième fragment d'électrode, et les électrodes restantes qui n'ont pas encore été court-circuitées sont légèrement réduites par le courant de décharge aux deux points de court-circuit actuels ; En continuant à percer, le courant de court-circuit continue à baisser séquentiellement jusqu'à ce qu'il pénètre complètement la membrane d'isolation de la pièce d'électrode parallèle de la batterie. À ce moment, le point de court-circuit se produit entre toutes les électrodes, et le court-circuit continue de se produire avec un courant de court-circuit minimal. Si la vitesse de piqûre de l'aiguille est plus rapide, comme 40mm/s, on peut considérer que le courant de court-circuit est essentiellement que toutes les pièces d'électrodes sont chauffées sous le même courant de court-circuit ; Si la vitesse est lente, comme 0,1mm/s, lorsqu'elle perce dans la préélectrode, le courant de décharge est important, la chaleur instantanée est plus importante, et la température élevée est générée, ce qui peut stimuler la réaction de décomposition de l'électrolyte, provoquant l'incendie de la batterie. Si la pointe de l'aiguille vient de percer la surface de la batterie pendant l'expérience et s'arrête, le courant de court-circuit est extrêmement important à ce moment-là, et la possibilité d'incendie est très grande. Afin d'assurer la répétabilité et la reproductibilité du test, il est nécessaire de spécifier avec précision l'équipement utilisé, de déterminer le diamètre, la dureté, l'état de surface, la longueur et la conicité de la pointe de l'aiguille, de déterminer le nombre de réutilisations de l'aiguille et les conditions d'élimination ; de garantir la pénétration de la batterie à la même vitesse à chaque fois. La profondeur de pénétration de la batterie nécessite également une spécification uniforme.