A propos du test de court-circuit des batteries lithium-ion - Partie 2

A propos du test de court-circuit des batteries lithium-ion - Partie 2

Dans un deuxième temps, les ions Li présents à la surface de l'électrode sont progressivement consommés. La vitesse de transport des ions Li dans l'électrolyte est plus lente que la vitesse de réaction électrochimique, et les ions Li à la surface de l'électrode ne peuvent pas être reconstitués en temps voulu. Macroscopiquement, cela se manifeste par une diminution du courant de court-circuit externe jusqu'à ce qu'un courant plateau soit atteint. À ce stade, en raison de la présence constante du fil externe, la polarisation persiste, se manifestant par des fluctuations de tension autour d'une valeur plateau.

La troisième étape peut être divisée en deux situations : si le mécanisme d'autoprotection de la batterie est efficace à ce moment-là, le chemin du courant sera coupé à l'intérieur de la batterie. Comme il ne forme plus un circuit complet, la manifestation macroscopique est que le courant de court-circuit diminue jusqu'à zéro. Comme le circuit est coupé à l'intérieur de la batterie, le dispositif externe de contrôle de la tension ne détectera plus la tension de la batterie, ce qui entraînera une baisse de la tension jusqu'à zéro.

Si les fils externes sont coupés manuellement avant que le mécanisme d'autoprotection de la batterie n'entre en action En raison de la déconnexion du circuit, le courant de court-circuit devient nul. À ce moment-là, le dispositif de test de tension externe peut encore détecter la tension de la batterie. Après la disparition du courant externe, la polarisation de l'électrode disparaît progressivement, ce qui se traduit par une augmentation de la tension qui se rapproche de la valeur de la tension avant le court-circuit externe.

Cependant, une décharge rapide peut entraîner la production de lithium mort, la formation de dendrites de lithium et l'endommagement des matériaux internes de la batterie, ce qui entraîne une diminution de la capacité de la batterie et une augmentation des risques pour la sécurité.

À propos de l'impact de l'état de conservation sur les batteries à court-circuit externe. La réaction des batteries à faible état d'avancement en cas de court-circuit externe est la même que celle des batteries à état d'avancement élevé, à la différence près que les batteries à faible état d'avancement réagissent de la même manière que les batteries à état d'avancement élevé :

En raison de l'état de charge plus bas, plus d'ions Li sont intégrés dans le matériau de l'électrode positive, et il y a moins de Li dans la solution externe. Par conséquent, dans la première étape, la valeur de courant de crête que la batterie peut atteindre diminuera. En termes de tension, comme la polarisation a un impact beaucoup plus important sur la tension que la concentration d'ions Li sur le potentiel de l'électrode (qui peut être compris comme 10000 charges négatives apportées à l'électrode positive par le fil externe, peu importe que 10 ou 20 ions Li pénètrent dans l'électrode positive maintenant), cela se manifeste par la tension de différentes batteries SOC tombant à des valeurs similaires

En supposant que la chaleur requise pour déclencher le mécanisme d'autoprotection de la batterie est la même, selon la loi de Joule Q=I ² Rt, le courant des batteries à faible état de conservation est plus faible que celui des batteries à état de conservation élevé, ce qui entraîne un temps critique plus long pour les batteries à faible état de conservation

L'impact de la température sur les batteries à court-circuit externe

Lorsque la température ambiante est élevée, le temps critique de la batterie devient plus court car la capacité de dissipation thermique de la batterie se détériore et une grande quantité de chaleur s'accumule à l'intérieur de la batterie, ce qui lui permet d'atteindre une température plus élevée en peu de temps

Pour les batteries à SOC élevé, en cas de court-circuit externe, le courant est plus important et l'influence de la température environnementale externe sur la capacité de dissipation de la chaleur est limitée. Par conséquent, il apparaît que le temps critique des batteries à SOC élevé ne change pas beaucoup en fonction de la température

Les températures élevées peuvent augmenter la vitesse de diffusion des substances, ce qui se traduit par des valeurs de courant plateau plus élevées et des temps critiques plus courts pour les piles ayant le même état de charge à des températures ambiantes élevées

L'impact d'un court-circuit externe sur la batterie avant l'activation du dispositif d'autoprotection

Plus le temps est long, plus le processus de décharge à haut débit de la batterie est long et plus les dommages causés à la batterie sont importants Lorsque la chaleur Joule générée provoque la défaillance du diaphragme, la batterie subit un court-circuit interne Les problèmes liés aux courts-circuits internes seront abordés ultérieurement

3 Conclusion

L'analyse ci-dessus nous a permis de comprendre les phénomènes que présentent les piles lorsqu'elles sont soumises à un court-circuit externe et de déduire le modèle de pile pour les courts-circuits externes Il reste encore quelques questions auxquelles il faut répondre :

Premièrement, est-ce que toutes les piles ont une valeur de plateau de tension d'environ 1 V après un court-circuit externe ? Non, la valeur du plateau de tension est déterminée par les propriétés du matériau d'électrode lui-même. Dans différents systèmes de batteries, les courts-circuits externes peuvent entraîner des valeurs de plateau de tension différentes pour la batterie

Deuxièmement, il n'est pas certain qu'un court-circuit externe conduise nécessairement à une défaillance des performances de sécurité de la batterie (appelée "fuite" dans l'article). Le processus de court-circuit externe est le processus de décharge à haut débit de la batterie. Bien qu'il puisse endommager les matériaux internes de la batterie et réduire ses performances, il ne conduira pas à une défaillance de la sécurité dans toutes les batteries Pour les batteries de type énergie, l'objectif initial de la conception est de pouvoir charger et décharger à des températures élevées. Les températures ambiantes élevées et les états SOC élevés augmentent la probabilité d'une défaillance de sécurité lors de courts-circuits externes