中文字幕色色五月天_一级免费高清无码网站_亚洲精品片911_91区国产福利在线观看午夜

低溫18650 3500
無磁低溫18650 2200
過針刺低溫18650 2200
低溫磷酸3.2V 20Ah
21年專注鋰電池定制

鋰離子電池在擠壓測試中電芯結(jié)構(gòu)變化

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1544次  |  2019年09月02日  

為了保證鋰離子電池的安全性,我們引入了眾多的考驗(yàn)鋰離子電池安全性的測試方法,例如針刺、擠壓、短路和過充、過放等,用以模擬鋰離子電池在實(shí)際使用過程中可能面臨的機(jī)械、電濫用的情況。關(guān)于這些安全測試的研究報(bào)道很多,但是關(guān)注鋰離子電池在這些測試中電池結(jié)構(gòu)變化的研究卻很少,這主要是因?yàn)樵谝痄囯x子電池內(nèi)短路的安全測試中,往往會(huì)引發(fā)熱失控,導(dǎo)致短路點(diǎn)局部的電極、隔膜等發(fā)生融化,破壞短路瞬間的電池結(jié)構(gòu)。即便是沒有發(fā)生熱失控,在擠壓等外力釋放后,電芯也會(huì)發(fā)生回彈,破壞短路時(shí)電芯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),這導(dǎo)致了對鋰離子電池在安全測試過程中的結(jié)構(gòu)研究比較困難。


美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的Hsin Wang等利用低荷電態(tài)下的方形鋁殼鋰離子電池研究了在擠壓測試中電池結(jié)構(gòu)的變化。較低的SoC能夠避免在鋰離子電池發(fā)生內(nèi)短路時(shí)引起熱失控,而Al殼則能夠保證在外力消失后電池仍然能夠保持原來形狀。


實(shí)驗(yàn)過程如下圖所示,電池產(chǎn)熱和電壓突變用以標(biāo)志鋰離子電池內(nèi)短路的發(fā)生,然后上下擠壓球會(huì)回到初始位置,實(shí)驗(yàn)顯示電池在厚度方向上的形變至少要達(dá)到60%以上內(nèi)短路才會(huì)發(fā)生。短路后的電池被從中間位置切開,用光學(xué)顯微鏡觀察橫截面的結(jié)構(gòu)。


下圖為0.25、0.5、1、2和3尺寸的擠壓球造成的電池內(nèi)短路的橫截面照片,從這些圖片中我們可以看到:


1)集流體撕裂:短路處的集流體不連續(xù),表面在擠壓的過程中發(fā)生了集流體的撕裂和斷裂。


2)多層集流體斷裂:在剪切力的作用上電芯發(fā)生了多層集流體的斷裂,并呈現(xiàn)出角度為45度左右的斷裂線。


3)電極層紐結(jié):多層電極之間相互紐結(jié)。


4)局部熔化(圖e)


下圖為0.25的擠壓球引起的電池結(jié)構(gòu)變化的圖片,從圖上可以看到擠壓點(diǎn)周圍的集流體已經(jīng)破碎為碎片狀,呈現(xiàn)出放射狀分布。圖b和圖c可以看到在電芯的邊緣有多層電極的紐結(jié),表明在機(jī)械濫用的情況下會(huì)在電芯的邊緣發(fā)生失效,這也是電池發(fā)生內(nèi)短路的常見模式。


下圖為0.5擠壓球?qū)︿囯x子電池造成的結(jié)構(gòu)破壞,擠壓球更小的曲度,使得其對電池的破壞也更加均勻。但是剪切力仍然是造成電芯結(jié)構(gòu)破壞的主要原因,在電芯中能夠看到一條45度左右的破壞線。


下圖為半徑為1的擠壓球?qū)﹄姵卦斐傻慕Y(jié)構(gòu)破壞,電芯內(nèi)仍然有一條跨越多層電極的破壞線,活性物質(zhì)與集流體發(fā)生分離,集流體碎片沿著破壞線發(fā)生了滑移,進(jìn)入到了破壞線的內(nèi)部。


下圖為2的擠壓球造成的電池結(jié)構(gòu)破壞,可以看到電芯內(nèi)部沒有45度的破壞線。


下圖為3擠壓球造成的電池結(jié)構(gòu)破壞,可以看到電極撕裂和剪切力對電極的破壞又成為造成電池結(jié)構(gòu)破壞的主要原因。


根據(jù)上述結(jié)果,Hsin Wang認(rèn)為在擠壓過程中電池的形變可以分為以下幾步。


1)初期對電芯均勻的擠壓:電極變形主要取決于每層電極的柔順程度,電極位移非常均勻,主要取決于擠壓球的形狀和電芯的各向異性。


2)失效:隨著壓力的不斷增大,最終超過電芯的強(qiáng)度,引起局部失效。局部失效的模式目前還不清楚,一種可能的因素是電芯的剪切強(qiáng)度低,因此在剪切力的作用下電芯被破壞,并將集流體撕裂。


3)材料的滑移和內(nèi)部重組:在電芯失效線附近的電極材料可能會(huì)沿著失效線滑移,并進(jìn)入到失效線內(nèi)部,從而釋放部分壓力。


4)隔膜失效:由于電芯變形對隔膜形成的拉伸和扭轉(zhuǎn),最終使的隔膜達(dá)到失效點(diǎn),導(dǎo)致短路的發(fā)生。


鉅大鋰電,22年專注鋰電池定制

鉅大核心技術(shù)能力