押し出し中のリチウムイオン電池の銅箔の破壊について簡単に説明します

パワーバッテリーの場合、安全性と電気的性能も同様に重要です。電気自動車の使用中に衝突などの高エネルギー事故が発生した場合、リチウムイオン電池が大きく変形し、リチウムイオン電池の内部短絡などの重大な安全上の問題が発生する可能性があります。リチウムイオン電池の内部短絡が発生すると、電池セット全体のエネルギーの70％が60秒以内に短絡点から放出され、局所温度が急激に上昇し、正の分解が発生します。マイナスの活性物質や電解質などにより、リチウムイオン電池が熱暴走します。

上記の条件下でリチウムイオン電池の安全性を確保するために、大きな変形が発生した場合のリチウムイオン電池の安全性能を調査するために、厳しい押出試験が設計されました。研究によると、押し出し試験中に、電極の変形と均一な変位が最初に発生します。変形の程度が大きくなると、集電体は45度のスリップラインに沿ってスリップします。最後に、横隔膜が変形しすぎています。これによりダイヤフラムが故障し、より広い領域の短絡が発生します。

内部短絡が発生すると、リチウムイオン電池が制御不能になり、高温で電池が焼損する可能性があります。熱暴走がなくても、局所的な高温により集電体やダイヤフラムなどが溶けるため、リチウムイオン電池が圧迫されます。テストの構造変更は常に困難でした。

HsinWang etal。米国のオークリッジ国立研究所は、3DXCT技術を使用して、押出試験中のリチウムイオン電池の内部構造の変化を研究しました。銅箔が押し出し試験中に微細な破片を生成することが初めて発見され、これらの破片は困難でした。これらの隠された銅箔の破片がリチウムイオン電池の電気的性能と熱暴走挙動に重大な影響を与える可能性があることが、従来の光学および電子顕微鏡によって発見されており、さらなる研究に値する。

実験には市販のコバルト酸リチウム電池を使用しています。バッテリーコアは30mm'40mm'4.5mmのサイズの巻線構造を採用しています。リチウムイオン電池が押し出し試験中に熱暴走しないことを保証するために、HsinWangは電池の消費電力を制御します。次の図は、10％SoC内で、バッテリーを押してテストした後のバッテリーの構造を示しています。バッテリーの内部構造は図cには示されていません。図dは、押し出し試験後のバッテリーの内部構造を示しています。押し出し試験後、電極は対称的に折りたたまれ、しわが寄り、電極層のいくつかは、電極層間に大きなギャップを作るために曲げられた。

下の図は部分的に拡大した画像です。図から、電極が切開方向にひどい折り畳みと変形を受けていることがわかります。図cと図dを比較すると、押し出し後のバッテリーの銅箔表面が大量になっていることがわかります。亀裂。

上記実験後の電池を分解すると、下図のように、押し出しを行う中間位置に短絡点がありますが、の表面を光学的に観察しても明らかな亀裂現象は発生していません。負極。

しかし、X線撮影技術では、下図bに示すように銅箔に多数の亀裂が観察されましたが、上記の電極をSEMで観察したところ、電極の破損はわずかしか観察されませんでした。これは、銅箔に多数のクラックが発生しているものの、グラファイトの負極コーティングが厚いため、電極の表面に明らかなクラックがないことを示しています。したがって、銅箔の破壊は、光学系やSEMでは十分に観察できません。ただし、X線の透過性は非常に高く、グラファイトはX線をほとんど遮断せず、銅箔はX線を効果的に遮断します。したがって、X線画像技術は、銅箔を圧搾したときの破壊をよく示すことができます。

銅箔にひび割れが発生したのは、銅箔の靭性が悪く、垂直方向に押したときにひび割れが発生しやすいためと考えられます。銅箔の脆化の原因については、加工や電極フライス加工に関連する可能性のあるさらなる研究が必要です。これは、プレスプロセス中の残留応力に関連しています。銅箔が破損すると、リチウムイオン電池に次のような影響を与える可能性があります。

1）第一に、壊れた銅箔は集電体の機能を引き受けることができず、その結果、局所活物質と導電性ネットワークとの間の効果的な接続が失われます。

2）壊れた銅箔の隙間に活物質と電解質が充填されているが、電子伝導体や熱伝導体としては良くないため、ここで短絡が発生するとすぐに熱が伝わりにくい。

３）活物質と導電性ネットワークとの接触が悪化し、活性が低下したり、充放電反応に参加できなくなったりして、リチウムの容量が低下するため、圧搾する領域。イオン電池。

4）銅箔が破損すると、負極の機械的特性が低下します。

5）押し出し試験でのバッテリーの最終的な故障は、主に正極とダイアフラムの故障が原因です。

6）短絡発生の初期段階では、主にAl箔/正極活物質が負極の銅箔チップ/黒鉛活物質と接触します。

上記の研究は、機械的乱用におけるリチウムイオン電池の熱暴走メカニズムを理解し、機械的損傷後もリチウムイオン電池を使用し続けることができるかどうかを判断するのに非常に役立ちます。押し出し中の銅箔の亀裂発生メカニズムについては、さらなる研究が必要です。

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