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Test d'impact des piles au lithium

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Test d'impact des piles au lithium

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Grâce aux avantages de la légèreté, de la haute tension, de l'équivalence électrochimique élevée et de la conductivité élevée du lithium métallique, les piles primaires au lithium composées de lithium métallique comme électrode négative présentent les avantages d'une énergie spécifique élevée, d'une haute tension de batterie, d'une large plage de températures de fonctionnement, d'une bonne performance à basse température et d'une longue durée de stockage. Les piles primaires au lithium pour les systèmes chimiques ont été commercialisées.

Cependant, en raison de la forte activité du lithium, la sécurité des piles primaires au lithium est devenue une question importante. Certaines piles à électrolyte organique et piles au lithium à électrolyte inorganique non aqueux peuvent exploser en cas de court-circuit ou d'autres conditions abusives. Par conséquent, l'analyse des raisons de l'explosion des piles primaires au lithium a une importance pratique pour améliorer le processus de production des piles et renforcer leur sécurité.

L'essai d'impact d'objet lourd pour les piles primaires au lithium est spécifié dans de nombreuses normes d'essai des piles (telles que IEC 62281, UL 1642, UN 38.3). Cette expérience simule l'abus d'un objet d'un certain poids tombant sur la batterie, générant une forte force d'impact sur une certaine partie de la batterie. Lorsque la batterie est soumise à un impact soudain, elle peut subir des courts-circuits internes ou d'autres réactions exothermiques, et même prendre feu ou exploser.

La norme internationale pour les piles au lithium, IEC 62281, stipule que l'objectif des essais de chocs violents pour les piles primaires au lithium est de simuler des courts-circuits internes dans les piles. Dans cet article, six types différents de piles bouton sont utilisés comme échantillons pour les essais de chocs violents afin d'analyser les causes des phénomènes d'inflammation et d'explosion dans les piles lors des essais de chocs violents.

1 Expérience

1.1 Instruments et matériaux

Chambre d'impact DGBELL antidéflagrante. Les sujets expérimentaux étaient 5 piles bouton normales, 5 échantillons de piles contenant uniquement du dioxyde de manganèse électrolytique et de l'électrolyte, 5 piles contenant uniquement du lithium et de l'électrolyte, 5 piles contenant uniquement de l'électrolyte, 5 piles contenant uniquement des électrodes positives et 5 piles contenant uniquement des électrodes négatives, soit un total de 6 types d'échantillons.

1.2 Méthodes expérimentales

Effectuer un essai d'impact d'objet lourd selon les conditions spécifiées dans la norme "IEC 62281 Safety Requirements for Lithium Primary Batteries and Batteries in Transportation" (Exigences de sécurité pour les batteries primaires au lithium et les batteries dans les transports). Les conditions spécifiques sont les suivantes : l'échantillon de batterie ou de bloc-batterie est placé sur une surface plane. Une tige d'un diamètre de 15,8 mm est placée horizontalement au centre de l'échantillon. Un marteau lourd de 91 kg tombe d'une hauteur de 61 ± 2,5 cm sur l'échantillon.

L'axe longitudinal de la pile cylindrique ou prismatique frappée doit être parallèle à la surface plane et perpendiculaire à l'axe longitudinal de la surface courbe d'un diamètre de 15,8 mm placée horizontalement au centre de l'échantillon. La pile prismatique doit également être tournée de 90° autour de son axe longitudinal afin de résister à l'impact à la fois sur ses côtés larges et étroits. Chaque échantillon n'est soumis qu'à un seul impact. Lorsqu'une pile en forme de pièce de monnaie ou de bouton est soumise à un impact, le plan de l'échantillon doit être parallèle à la surface plane, et une surface courbe d'un diamètre de 15,8 mm doit être placée horizontalement en son centre. Température d'essai : (20 ± 5) ℃.

2 Résultat

2.1 Résultats des tests

Six échantillons de piles ont donné des résultats différents lors des essais d'impact d'objets lourds. Lors de l'essai d'impact d'objets lourds, les caméras de surveillance ont permis de constater que certains échantillons de piles produisaient en un instant des "étincelles" brillantes, ce qui provoquait l'éclatement de la pile en deux.

Les caractéristiques de la production d'étincelles sont les suivantes

(1) Les étincelles sont relativement brillantes ;

(2) Elles sont parfois accompagnées d'un léger bruit d'éclatement ;

(3) En principe, elle se produit simultanément à l'impact d'un objet lourd ;

(4) Seules les piles normales présentent des étincelles pendant le test ;

(5) La durée est relativement courte, s'arrêtant généralement immédiatement après l'impact de la batterie.

Les piles primaires au lithium contenant uniquement des matériaux d'électrodes négatives et des électrolytes, ainsi que les piles primaires au lithium contenant uniquement des matériaux d'électrodes négatives, produisent des "étincelles" pendant le processus d'impact dans certaines piles. Cependant, les échantillons de piles primaires au lithium normales produisent des "étincelles" pendant le processus d'impact, et l'augmentation de la température est relativement importante.

2.2 Raison

Sur la base du principe de fonctionnement des piles au lithium-dioxyde de manganèse et des résultats expérimentaux, on suppose que la raison de l'"étincelle" générée pendant le processus d'impact est la suivante :

(1) la combustion du lithium à haute température se manifeste par l'"étincelle" générée dans certains ou tous les types d'échantillons de piles contenant du lithium métallique pendant l'essai d'impact. Le lithium a une réactivité chimique élevée et peut s'enflammer spontanément dans l'air lorsqu'il est chauffé à l'état fondu. Sa poussière peut également brûler à température ambiante.

Le lourd marteau est tombé d'une certaine hauteur et a frappé la surface de l'échantillon de batterie, générant instantanément une grande quantité de chaleur, provoquant une réaction de la feuille de lithium exposée à l'air en raison de la fissuration de la batterie avec l'oxygène de l'air et produisant des étincelles. Au cours du processus de production des piles, les feuilles de lithium exposées à l'air ne réagissent pas à une petite quantité d'humidité présente dans l'air. Par conséquent, dans cette expérience, le lithium réagit avec l'eau pour libérer de l'hydrogène et de la chaleur, et le risque de combustion est très faible.

(2) Le court-circuit interne entre les électrodes positives et négatives se manifeste sous la forme d'une pile primaire au lithium normale produisant des "étincelles" pendant le processus d'impact. Après l'impact, le court-circuit interne de la batterie s'est produit en raison de la compression et de la rupture du diaphragme. Lorsqu'un court-circuit interne se produit, une grande quantité de courant circule dans la pile, ce qui génère une quantité importante de chaleur par effet Joule. La production de chaleur entraîne un échauffement local à l'intérieur de la batterie, ce qui conduit à un emballement thermique à l'intérieur de la batterie et provoque finalement un incendie et une explosion. On peut constater que les deux raisons susmentionnées peuvent provoquer des "étincelles" lors du processus d'impact des piles primaires au lithium finies, ce qui explique pourquoi la probabilité d'étincelles lors de l'essai d'impact des piles primaires au lithium finies est plus élevée.

3 Conclusion

La raison du phénomène d'allumage et d'explosion des piles primaires au lithium pendant les essais de choc d'objets lourds peut être due non seulement à des courts-circuits internes dans la pile, mais aussi à la combustion à haute température du lithium interne.