{{{sourceTextContent.title}}}

Emballement thermique d'une batterie au lithium causé par la pénétration d'un ongle - Partie 1

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Emballement thermique d'une batterie au lithium causé par la pénétration d'un ongle - Partie 1

{{{sourceTextContent.description}}}

Ces dernières années, la crise énergétique mondiale et la pollution de l'environnement sont devenues de plus en plus graves. En tant que moyen de stockage d'énergie propre et non polluant, les batteries lithium-ion sont progressivement appliquées aux véhicules à énergie nouvelle, aux équipements de stockage d'énergie par conversion de l'énergie solaire, aux équipements de communication mobile et à d'autres domaines. À l'heure actuelle, les véhicules à énergie nouvelle équipés de batteries au lithium-ion apparaissent dans un nombre croissant de villes, mais certains risques potentiels pour la sécurité sont progressivement révélés. Selon le rapport d'enquête sur les incendies des véhicules à énergie nouvelle, la grande majorité des incendies sont causés par la chaleur incontrôlable de la batterie. Une mauvaise utilisation, des dommages accidentels ou des défauts des batteries lithium-ion peuvent entraîner des explosions et des incendies. Parmi les nombreuses raisons qui déclenchent l'emballement thermique de la batterie, l'acupuncture est un comportement destructeur irréversible qui endommage la batterie. Lorsque la batterie est percée par des objets tranchants ou soumise à une force d'impact importante, elle subit des dommages mécaniques, la structure interne de la batterie se brise et les matériaux internes sont directement exposés. En même temps, il est facile de provoquer un court-circuit entre les pôles positif et négatif à l'intérieur de la batterie, ce qui génère une grande quantité de chaleur et fait monter rapidement la température, provoquant des risques d'emballement thermique.

Les travaux de recherche précédents se sont principalement concentrés sur le modèle thermique de l'acupuncture de la batterie et sur l'expérience d'acupuncture, mais en ce qui concerne les dommages causés par l'acupuncture, les recherches existantes sur le modèle d'emballement thermique de l'acupuncture n'ont pas pris en compte le caractère aléatoire de l'emballement thermique déclenché par l'acupuncture, et les sujets de l'expérience d'acupuncture étaient principalement des batteries à panneau plat, mais les caractéristiques anti-acupuncture des batteries à panneau plat étaient bonnes. Sur la base des travaux de recherche existants, la batterie cylindrique au phosphate de fer est choisie comme objet, et les changements de forme, de tension et de température de surface de la batterie en cas d'emballement thermique sont étudiés de manière approfondie, fournissant ainsi une valeur de référence pour l'utilisation sûre et la prévention de l'acupuncture de la batterie au phosphate de fer lithium.

1.Mécanisme d'apparition

Dans la batterie cylindrique au phosphate de fer lithié, chaque unité d'électrode est composée d'électrodes positives et négatives, d'un collecteur de courant bipolaire, d'un diaphragme, etc. L'unité d'électrode est immergée dans l'électrolyte et scellée dans l'enveloppe de la batterie, et la soupape de surpression de la batterie est située près de la patte du pôle positif de la batterie. Lorsque la batterie est percée par une baïonnette, plusieurs unités d'électrodes sont percées et toutes les unités d'électrodes percées participent à la décharge. En raison de l'erreur de position de la batterie et de la légère déviation du processus de fabrication de la batterie, la piqûre et l'unité d'électrode endommagée produiront des interfaces de contact aléatoires différentes, et l'interface aléatoire affectera souvent l'effet de décharge de l'unité d'électrode et la taille de la résistance de l'interface de contact.

Lorsque la batterie est percée, les particules à l'intérieur de la batterie migrent. Les collecteurs de courant positif et négatif à l'intérieur de la batterie sont équivalents à un état de court-circuit, et un courant important est généré instantanément du collecteur de courant positif au collecteur de courant négatif à travers la baïonnette. Le lithium est extrait de la structure de lithium intégrée dans l'électrode négative et pénètre dans l'électrolyte, puis migre à travers le diaphragme jusqu'à l'électrode positive. Lorsque la batterie est percée, l'interface de contact aléatoire affecte la décharge interne de la batterie.

Si le contact entre l'aiguille et plusieurs unités d'électrodes est bon, plusieurs unités d'électrodes participeront à la décharge par court-circuit et la chaleur sera plus importante. Si l'aiguille n'entre en contact qu'avec quelques unités d'électrodes, le nombre d'unités d'électrodes participant à la décharge est relativement faible, la chaleur générée sera également relativement faible, et la réaction d'emballement thermique de la batterie sera relativement faible. Pendant le processus de court-circuit interne de la batterie, plus de chaleur sera générée pendant le processus de décharge violente, ce qui entraînera une augmentation de la température de la batterie.

En général, la situation spécifique de la batterie souffrant du court-circuit interne de l'aiguille est complexe et changeante, et il est difficile de mesurer les changements précis des paramètres tels que le courant de court-circuit, la résistance interne de la batterie et l'unité d'électrode participant à la réaction. Par conséquent, ce document étudiera et analysera les changements de tension de la macro-pile externe et la température de surface de la pile.

2.Chambre d'essai de pénétration des ongles

Le corps principal de la plate-forme expérimentale d'acupuncture est basé sur la machine d'essai d'acupuncture par extrusion de batterie produite par DGBELL. Dans la chambre d'essai, la vitesse de l'aiguille peut être réglée à 20 mm/s via le panneau de commande, et l'aiguille est sélectionnée φ 5 mm en acier au tungstène, la course de l'aiguille est de 200 mm (la batterie est complètement perforée). En même temps, la tension et la température de surface de la batterie sont mesurées en ligne, et les données recueillies sont enregistrées dans l'ordinateur supérieur pour un traitement ultérieur après passage de la carte d'acquisition de données.

La batterie expérimentale est une batterie au phosphate de fer lithium 32650. La batterie est fixée à l'aide d'une pince spéciale, ce qui permet d'éviter toute déviation radiale de la batterie au cours de l'expérience. Placer la batterie dans la chambre d'essai à perforation avec fonction antidéflagrante, retirer la peau en plastique à une distance de 15 mm et 45 mm de l'extrémité négative de la batterie, et placer le point de mesure du thermocouple de type K sur la surface de la coque de la batterie. L'aiguille est placée à 30 mm de l'électrode négative. Après la perforation de la batterie, l'aiguille reste à l'intérieur de la batterie pendant 600 secondes.

Compte tenu du caractère aléatoire de l'interface de contact entre l'aiguille et l'unité d'électrode endommagée après la pénétration de l'aiguille dans la batterie dans l'expérience, six batteries au phosphate de fer lithium 32650 avec une charge complète (SOC=1) ont été sélectionnées pour l'expérience, et les résultats expérimentaux de six groupes d'expériences d'aiguille ont été comparés et analysés. La température ambiante de chaque expérience est contrôlée à (20+2) ℃. Afin d'éviter que le groupe d'expériences précédent n'affecte le groupe d'expériences suivant, l'intervalle entre les deux groupes d'expériences adjacents est de 24 heures, et chaque expérience doit être remplacée par une nouvelle aiguille en acier au tungstène.