בהשוואה לסוללות גליליות ומרובעות אחרות, אריזה גמישהסוללות ליתיוםהופכים יותר ויותר פופולריים בשימוש בשל היתרונות של עיצוב גודל גמיש וצפיפות אנרגיה גבוהה. בדיקת קצר חשמלי היא דרך יעילה להעריך סוללות ליתיום אריזה גמישות. מאמר זה מנתח את מודל הכשל של בדיקת קצר חשמלי בסוללה כדי לגלות את הגורמים העיקריים המשפיעים על כישלון הקצר; מנתח את מודל הכשל על ידי ביצוע אימות לדוגמה בתנאים שונים ונותן הצעות לשיפור הבטיחות של סוללות ליתיום אריזה גמישות.
כשל קצר חשמלי של גמישאריזה של סוללות ליתיוםכולל בדרך כלל דליפת נוזלים, פיצוח יבש, שריפה ופיצוץ. דליפה וסדקים יבשים מתרחשים בדרך כלל באזור החלש של אריזת הזיזים, שם ניתן לראות בבירור את הסדק היבש של אריזת האלומיניום לאחר הבדיקה; שריפה ופיצוץ הן תאונות ייצור בטיחותיות מסוכנות יותר, והסיבה היא בדרך כלל תגובה אלימה של האלקטרוליט בתנאים מסוימים לאחר פיצוח יבש של פלסטיק האלומיניום. לפיכך, בהשוואה למבחן הקצר של סוללת ליתיום אריזה גמישה, מצב אריזת האלומיניום-פלסטיק הוא הגורם המרכזי המוביל לכישלון.
בבדיקת קצר חשמלי, מתח המעגל הפתוח של הסוֹלְלָהיורד באופן מיידי לאפס, בעוד זרם גדול עובר במעגל ונוצר חום ג'ול. עוצמת החום של ג'ול תלויה בשלושה גורמים: זרם, התנגדות וזמן. למרות שזרם הקצר קיים לפרק זמן קצר, עדיין יכולה להיווצר כמות גדולה של חום בגלל הזרם הגבוה. חום זה משתחרר לאט בפרק זמן קצר (בדרך כלל מספר דקות) לאחר הקצר, וכתוצאה מכך לעלייה בטמפרטורת הסוללה. ככל שעובר הזמן, חום הג'ול מתפזר בעיקר לסביבה וטמפרטורת הסוללה מתחילה לרדת. לפיכך, ההנחה היא שכשל הקצר בסוללה מתרחש בדרך כלל ברגע הקצר ובפרק זמן קצר יחסית לאחר מכן.
התופעה של בליטת גז מתרחשת לעתים קרובות בבדיקת קצר חשמלי של סוללת ליתיום אריזה גמישה, אשר אמורה להיגרם מהסיבות הבאות. הראשון הוא חוסר היציבות של המערכת האלקטרוכימית, כלומר הפירוק החמצוני או הרדוקטיבי של האלקטרוליט הנגרם מהזרם הגבוה העובר בממשק בין האלקטרודה לאלקטרוליט, ומוצרי הגז ממולאים באריזת האלומיניום-פלסטיק. הבליטה בייצור הגז הנגרמת מסיבה זו ברורה יותר בתנאי טמפרטורה גבוהה, מכיוון שתגובות לוואי של פירוק אלקטרוליטים נוטות להתרחש בטמפרטורות גבוהות. בנוסף, גם אם האלקטרוליט לא יעבור תגובות לוואי של פירוק, הוא עשוי להתאדות חלקית על ידי חום ג'ול, במיוחד עבור רכיבי אלקטרוליט עם לחץ אדים נמוך. הבליטה בייצור הגז הנגרמת מסיבה זו רגישה יותר לטמפרטורה, כלומר, הבליטה נעלמת בעצם כאשר טמפרטורת התא יורדת לטמפרטורת החדר. עם זאת, ללא קשר לגורם לייצור גז, לחץ האוויר המוגבר בתוך הסוללה במהלך קצר חשמלי יחמיר את הסדק היבש של חבילת האלומיניום-פלסטיק ויגדיל את ההסתברות לכשל.
בהתבסס על ניתוח התהליך והמנגנון של כשל במעגל קצר, הבטיחות של ליתיום אריזה גמישהסוללותניתן לשפר מההיבטים הבאים: אופטימיזציה של המערכת האלקטרוכימית, הפחתת התנגדות האוזן החיובית והשלילית ושיפור החוזק של אריזת האלומיניום-פלסטיק. אופטימיזציה של המערכת האלקטרוכימית יכולה להתבצע מזוויות שונות, כגון חומרים פעילים חיוביים ושליליים, יחס אלקטרודות ואלקטרוליט, על מנת לשפר את יכולת הסוללה לעמוד בזרם גבוה חולף וחום גבוה לזמן קצר. הורדת התנגדות הזיזים יכולה להפחית את ייצור החום וההצטברות של ג'ול באזור זה ולהפחית משמעותית את השפעת החום על האזור החלש של האריזה. שיפור החוזק של אריזת האלומיניום-פלסטיק ניתן להשיג על ידי אופטימיזציה של הפרמטרים בתהליך ייצור הסוללות, תוך צמצום משמעותי של התרחשות של סדקים יבשים, שריפה ופיצוץ.
זמן פרסום: 13 באפריל 2023