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L'importance de la sécurité des batteries Li-ion - Partie 2

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L'importance de la sécurité des batteries Li-ion - Partie 2

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2 Cellule de batterie

En général, le processus de fabrication des batteries lithium-ion comprend des étapes telles que le mélange des matériaux des électrodes positives et négatives, l'enrobage, le laminage, la découpe, l'enroulement ou l'empilage, le soudage des oreilles des électrodes, l'injection de liquide, le scellement, la formation, l'échappement et la séparation de la capacité. Chacun de ces processus peut entraîner une augmentation de la résistance interne de la batterie ou un court-circuit, ce qui pose des problèmes de sécurité.

Par exemple, un rapport de capacité incorrect entre les électrodes positives et négatives peut provoquer des courts-circuits internes, causés par le dépôt d'une grande quantité de lithium métallique sur la surface de l'électrode négative ; une uniformité insuffisante de la suspension peut provoquer des courts-circuits internes, causés par une distribution inégale des particules actives entraînant des changements importants du volume de l'électrode négative pendant la charge et la décharge, ce qui provoque une précipitation du lithium, ou par une augmentation de la résistance interne causée par une suspension excessivement fine ;

Un mauvais contrôle de la qualité de l'enrobage peut également entraîner l'écaillage des substances actives ou des courts-circuits internes. Au cours du processus de soudage, le soudage virtuel (entre les électrodes positive et négative et l'oreille, entre l'électrode positive et le couvercle, entre l'électrode négative et l'enveloppe, etc.), la poussière du matériau, le papier de la membrane trop petit ou mal rembourré, les trous dans la membrane et les bavures non nettoyées sont autant de facteurs qui peuvent constituer des risques pour la sécurité.

En outre, la qualité de la formation du film SEI pendant l'étape de formation détermine directement les performances de cyclage et de sécurité de la batterie, en affectant sa stabilité d'insertion du lithium et sa stabilité thermique. Les facteurs qui affectent la formation du film SEI comprennent les types de matériaux de carbone de l'électrode négative, les électrolytes et les solvants, le contrôle de la densité de courant, de la température et de la pression pendant la formation. En sélectionnant les matériaux appropriés et en ajustant les paramètres du processus de formation, la qualité de la formation du film SEI peut être améliorée, améliorant ainsi la performance de sécurité de la cellule de batterie.

3 Sécurité thermique

3.1 BMS Système de gestion de la batterie

Les systèmes de gestion de la batterie (BMS) sont très attendus dans l'utilisation des batteries d'énergie. Le système de gestion doit gérer la batterie et sa cohérence afin d'obtenir un stockage d'énergie maximal, une efficacité sur les trajets aller-retour et une sécurité dans différentes conditions (température, altitude, taux maximal, état de charge, durée de vie du cycle, etc.) Le BMS comprend certains modules communs : collecteur de données, unité de communication et modèle d'évaluation de l'état de la batterie (SOC, SOH, SOP, etc.). Avec le développement des batteries de puissance, les exigences en matière de capacité de gestion du BMS sont de plus en plus strictes. L'ajout de certains modules de sécurité, tels que la gestion de la chaleur et la surveillance de la haute tension, devrait permettre d'améliorer la sécurité et la fiabilité des batteries d'énergie en cours d'utilisation

3.2 Emballement thermique

L'emballement thermique de la batterie peut avoir des conséquences destructrices telles que la fumée, l'incendie et l'explosion, mettant en danger la sécurité personnelle de l'utilisateur. Même si la méthode de configuration théoriquement la plus sûre est choisie, elle ne suffit pas à rassurer les gens. Aussi raisonnables que soient la conception et la fabrication des cellules de batterie, les situations inattendues ne peuvent être évitées en cours d'utilisation. Seule une conception raisonnable de l'intégration de la batterie peut permettre à la pile d'arrêter les pertes en cas de problèmes des cellules de la batterie

4 Abus des batteries

Les batteries au lithium-ion sont irréprochables, même dans le processus d'intégration mentionné plus haut, et il est difficile d'éviter les abus dans les conditions d'utilisation réelles des utilisateurs. Le système de charge et de décharge (surcharge et décharge), la température ambiante (chambre de température), d'autres conditions (pénétration d'un ongle, écrasement, court-circuit interne) et les nouvelles conditions d'essai d'humidité ambiante (immersion dans l'eau de mer) sont autant de raisons qui expliquent les problèmes de sécurité dus aux abus.

La surcharge peut entraîner le piégeage du champ cristallin du matériau actif de l'électrode positive, entraver le canal de désintercalation des ions lithium, provoquer une forte augmentation de la résistance interne, générer une grande quantité de chaleur Joule et réduire la capacité d'intercalation du lithium du matériau actif de l'électrode négative, ce qui entraîne une ramification du lithium et des courts-circuits. La surchauffe de la température ambiante peut entraîner des réactions en chaîne dans les batteries lithium-ion, notamment la fusion du séparateur, la réaction entre le matériau actif et l'électrolyte, la décomposition de l'électrode positive/du film ES/du solvant, et la réaction entre l'électrode négative incorporée au lithium et le liant. L'acupuncture et la compression provoquent toutes deux des courts-circuits internes au niveau local, ce qui entraîne l'accumulation d'une grande quantité de chaleur dans la zone de court-circuit et provoque des abus thermiques.

5 Conclusion

Les performances de sécurité des batteries de puissance déterminent le marché et l'avenir des batteries lithium-ion dans le domaine de l'énergie. Les facteurs qui affectent les performances de sécurité des batteries de puissance couvrent l'ensemble du cycle de vie des batteries de puissance, depuis la sélection des cellules de batterie jusqu'à la fin de l'utilisation. Les raisons sont donc complexes et diverses, avec de nombreux niveaux. L'énergie orbitale intrinsèque, la structure cristalline et les propriétés du matériau lui-même déterminent la performance de sécurité intrinsèque d'une cellule de batterie. Le degré d'excellence, l'automatisation et les conditions de formation dans chaque processus de fabrication des cellules de batterie déterminent leur performance de sécurité, qui affecte leur stabilité thermique ;

Il est difficile d'éviter les erreurs de fabrication et les conditions de travail abusives pour les batteries. Il est difficile d'éviter les erreurs de fabrication et les conditions de travail abusives pour les batteries. Dans ce contexte, la conception du BMS et de la sécurité dans l'intégration des batteries, y compris la conception de plans d'urgence pour l'emballement thermique des batteries, est particulièrement importante. En résumé, la recherche sur les questions de sécurité des batteries d'énergie au lithium-ion est une tâche longue et ardue. Ce n'est qu'en combinant la théorie et la pratique et en innovant constamment qu'elles pourront véritablement atteindre leur gloire dans le domaine des applications à haute énergie et à haute puissance.