18650バッテリーが故障した原因は何ですか？

電気自動車産業の急速な発展に伴い、リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、メモリー効果がなく、安全性が高いため、パワーバッテリーの分野で広く使用されています。電気自動車の特殊性により、パワーセルの安全性も高くする必要があります。

たとえば、電気自動車との衝突などの安全事故が発生した場合、ドライバーの安全を確保するために、パワーバッテリーが発火したり爆発したりしてはなりません。そのため、パワーバッテリーの安全性試験には、極端な乱用下でのリチウムイオン電池の安全性能を伴う押し出しや鍼治療などの試験が含まれます。これらの厳格な安全性試験に合格できるかどうかは、リチウムイオン電池の安全性を評価するための究極の基準です。

押し出し試験では、リチウムイオン電池が最初にシェルを変形させ、次にコアを圧迫し始めます。現在、乾式引張法で作製したダイヤフラムは横方向、斜め方向の強度が弱いため、コアの変形はある程度になります。の場合、ダイヤフラムの横層が最初に壊れ、リチウムイオン電池の正極と負極が直接接触し、短絡し、大量の熱が瞬時に放出され、負極が分解します。 SEI膜、正極性活物質、電解質により、リチウムイオン電池が熱暴走し、リチウムイオン電池の発火・爆発に至りました。

リチウムイオン電池の押出試験での熱暴走を回避し、リチウムイオン電池の安全性を向上させるためには、リチウムイオン電池の押出試験での熱暴走のメカニズムを詳細に研究する必要があります。リチウムイオン電池の的を絞った安全設計を実施します。押出試験におけるリチウムイオン電池の安全性を向上させるため。これが最新のMITの研究です。

JunerZhu etal。マサチューセッツ工科大学は、18650電池を使用して、軸方向押し出し中のリチウムイオン電池の熱暴走のメカニズムを研究し、有限要素解析モデルを使用してシミュレーション解析を実行しました。このモデルは、リチウムイオン電池に対するさまざまな軸方向圧力の影響を復元し、分析結果はCTスキャンによって検証されます。シミュレーション結果は、押出試験でリチウムイオン電池の短絡を引き起こす2種類の理由を説明できることを示しています。

18650セルは一般にパワーバッテリーで垂直に組み立てられるため、バッテリーパックが落下した場合のリチウムイオンセルの変形の主な原因は軸方向の圧縮です。そのため、JunerZhuは主に軸方向圧力下での電池の変形によるリチウムイオン電池の短絡のメカニズムを研究しました。

一部の従来のモデルでは、リチウムイオン電池の内部が全体的に均質であると想定しているため、18650電池の軸方向圧縮試験を予測するときに試験結果を正確に予測することは不可能です。これは主にリチウムイオン電池コアの特殊な構造によるものです。コアの上部と下部は完全に同じではなく、リチウムイオン電池カバー（つまり正極）の独自の構造により、リチウムイオン電池は内部短絡の前に軸方向の圧力にさらされる可能性があります回路が発生します。リチウムイオン電池を短絡させます。

18650バッテリーは、安全弁、ロールコア、低炭素鋼シェルの3つの主要部分で構成されています。安全弁は通常、正の温度係数の材料、アルミニウムの安全弁、ステンレス鋼の正の極値、ガスシールパッドなどで構成されます。コアは、正の電極、負の電極、およびダイヤフラムで構成されます。この実験では、正極の活性物質はLiCoO2です。軸方向の負荷負荷速度は5mm / minで、すべてのテストセルはテスト前に完全に放電されています（SOC = 0）。

試験結果は、軸方向圧力試験における18650バッテリーの圧力がゆっくりとした上昇傾向（急速な上昇傾向-わずかな下降傾向）を示し、電圧試験は、変形が4mmに達するまで18650バッテリーが故障しないことを示しました。さらに、18650バッテリーの電圧の急激な低下は、内部構造ではなく、主にバッテリーの内部短絡が原因であることがテストによって判明しました。

軸方向圧力下での18650破損のメカニズムを研究するために、JunerZhuは有限要素ソフトウェアを使用してそれを分析しました。モデルの材料は主にElastoPlasticモデルを使用し、さまざまな材料の異方性を考慮しました。このモデルには数百万の計算ユニットが含まれており、軸方向荷重の負荷速度は1m / sに設定されています。シミュレーション結果は、軸方向荷重下での18650バッテリーの変形を再現しています。

まず、バッテリーの上部カバー領域のシェルが塑性変形し始めます。変形が1mmを超えると、変形したシェルがバッテリーコアの上部を圧迫し始めます。変形の増加に伴い、コアは変形し始めます。その結果、圧力曲線がわずかに低下し、バッテリーシェルとコアの接触面積が増加するにつれて、圧力曲線は急速に上昇する傾向を示します。 CTスキャンの結果も上記の分析を検証します。テストバッテリーの変形は主に上部構造で発生し、サブバッテリーの変更はほとんど変形しません。

テスト後の18650バッテリーの解体は、コアが深刻な変形を受けたものの、正極と負極が壊れていないことを示しました。代わりに、上端から1.3 mmの距離でダイヤフラムに亀裂が発生し、バッテリーが直接発生しました。短絡、電圧が突然低下し、この亀裂は金属箔の侵入の鋭いエッジが原因である可能性があります。さらに、ダイアフラムの厚さが一部の場所で大幅に減少しました。これは主に、沈んだシェルのコアの圧縮によるものです。

上記の分析結果から、軸方向圧力下での18650バッテリーの短絡の考えられる理由は主に次のとおりです。

1.シェルは、破裂したダイヤフラムを介して正極と負極に接触しています。

2.正と負の極が破裂したダイヤフラムを介して接触する

3.ダイヤフラムが薄い領域を介して正極と負極が接触します

4.リリーフバルブが絞られ、コアに接触します

試験結果から、18650セルの軸方向の変形が4mmに達すると内部短絡が発生するため、バッテリーパックの安全設計には特別な配慮が必要です。さらに、変形は主に軸方向の圧力で18650バッテリーの上部で発生するため、18650バッテリーの上部の安全設計も特に考慮する必要があります。

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