Análisis del problema del bajo aislamiento de la batería prismática de litio

En comparación con las baterías de litio cilíndricas y de bolsa, las baterías de litio prismáticas se utilizan cada vez más en el campo de los vehículos eléctricos debido a su alta fiabilidad de embalaje y a su estructura relativamente sencilla. Si desea una comparación más detallada, consulte celdas prismáticas frente a celdas de bolsa, pila cilíndrica vs pila cuadrada artículos.

En los últimos años, se han producido muchos accidentes de incendio y explosión relacionados con las baterías de alimentación, y la seguridad de las baterías de alimentación también ha recibido gran atención. El cortocircuito de la celda de la batería puede provocar la fuga de líquido de la celda de la batería, el fallo del aislamiento de la batería de alimentación o hacer que se incendie el sistema de la batería de alimentación.

En este artículo se analiza la causa de una avería en un módulo prismático de batería de litio, se analiza el proceso de fallo y el mecanismo de corrosión de la carcasa de la batería y se propone un método de mejora.

Análisis de caso de inspección de bajo aislamiento de batería prismática de litio

Proceso de resolución de problemas

En una inspección de baterías de potencia se descubrió que el valor de aislamiento de un módulo era muy inferior al valor estándar, sólo 0,113 MΩ. En la inspección se descubrió que la carcasa inferior de la celda nº 1 del módulo presentaba signos evidentes de corrosión electrolítica. La barra colectora está bien conectada, y las patillas del módulo son normales y están dobladas.

No se encontraron anomalías en los datos de proceso del módulo averiado. En la prueba de rendimiento eléctrico del módulo defectuoso se comprobó que sus parámetros de tensión y resistencia interna eran normales, y que el aislamiento era anormal. Se desmontó el módulo defectuoso y la película azul de cada celda de la batería estaba intacta. El electrolito de la parte inferior de la celda de la batería nº 1 presentaba una fuga evidente. Tras arrancar la película azul, se encontraron puntos de corrosión evidentes. No se encontró ninguna anomalía en los datos de proceso de la celda nº 1.

La tensión medida entre el polo negativo y la carcasa de la pila es de 0,596 V (la especificación no es inferior a 1,5 V), la tensión no se ha recuperado después de abrir la carcasa, el aspecto de los dos JR es normal, la parte inferior no está dañada y no hay superposición de la cubierta superior en el lugar de soldadura de la lengüeta; Después de retirar el JR, la resistencia medida del polo negativo de la pila y la cubierta superior es 0. El análisis CT de la cubierta superior de la batería encontró que había una materia extraña metálica entre el plástico del polo anódico y la cubierta superior, y el polo anódico estaba conectado a la cubierta superior.

Análisis de causas

Compruebe el proceso de fabricación de la cubierta superior de la celda de la batería, y el polo, el material entrante PPS y el proceso de moldeo por inyección del polo son procesos arriesgados. Hay dos razones principales para el cortocircuito causado por el alambre de metal en la cubierta superior de la célula de la batería.

La primera es la introducción de piezas de moldeo por inyección: en el proceso de troquelado de la forma, la separación entre los bordes de la cuchilla es demasiado grande, y la presión negativa del muelle del polo produce partículas de cobre; el material entrante de PPS se mezcla con partículas de acero inoxidable, y se incrusta en el PPS de la pieza durante el moldeo por inyección.

La segunda es la introducción de equipos: la máquina de secado y la máquina de moldeo por inyección no están cerradas para su gestión y alimentación, y existe el riesgo de inhalación de materias primas de PPS por partículas metálicas en el taller.

Análisis del proceso de fallo

La capa aislante de la cubierta superior de la célula se mezcla con virutas metálicas. La prueba eléctrica de la cubierta superior de la célula utiliza una prueba de tensión PC500 V durante 2 segundos. Se supera la prueba estándar que requiere una resistencia de aislamiento no inferior a 200 MΩ, y la tensión de 500 V no puede atravesar el hueco.

Después de soldar la batería al chip, el bloque de aluminio del ánodo se calienta para fundir la capa aislante (material PP) de la superficie, y las virutas de metal fluyen hacia el borde del ánodo con la capa aislante fundida;

Después de fundir y enfriar la capa aislante del bloque negativo de aluminio, el plástico se solidifica y se contrae, dejando un hueco entre el polo y la cubierta superior; las virutas de metal se mueven en el hueco debido a la vibración, lo que ocasionalmente hace que el polo negativo y la lámina de la cubierta superior sean conductores. Durante el proceso continuo de carga y descarga, la cubierta de la célula se corroe lentamente, lo que provoca fugas de líquido y un bajo valor de aislamiento.

Mecanismo de corrosión

La corrosión del ión-litio célula prismática es en realidad el proceso de formación de una aleación de aluminio-litio a partir de la cáscara de aluminio, que debe cumplir dos condiciones necesarias. Una es un cortocircuito electrónico, es decir, que la cáscara de aluminio tenga un ánodo con un potencial bajo;

El segundo es el cortocircuito iónico, es decir, la carcasa de aluminio entra en contacto con los iones de litio del electrolito. El polo anódico de la pila normal está separado de la cubierta por una capa aislante, y la cubierta se encuentra a un alto potencial. Cuando hay virutas de metal entre el polo negativo y la cubierta superior y se produce el cortocircuito entre el polo del ánodo y la carcasa de aluminio, la carcasa de aluminio tendrá una condición de potencial de corrosión, y el potencial de la carcasa de aluminio se reducirá significativamente (el potencial inicial de inserción de litio de la carcasa de aluminio es de aproximadamente 1,4 V). Al mismo tiempo, la cubierta de aluminio está en contacto con los iones de litio en el electrolito, y la cubierta de aluminio de bajo potencial reaccionará electroquímicamente con los iones de litio.

Cátodo：L i x C6→6C+x L i++x e-

Anodo：A l+x L i++x e-→Li x A l

Los electrones se transfieren del ánodo a la cáscara de aluminio, y los iones de litio se incrustan en la cáscara de aluminio para formar una aleación de aluminio-litio, que puede dividirse en tres fases: la reducción del óxido de aluminio en la fase I; la formación de la fase II; la fase III podría teóricamente tomar forma. A medida que aumenta el grado de intercalación del litio, éste reacciona con el oxígeno y el dióxido de carbono del aire para formar sales de metales alcalinos, y la cubierta de aluminio se corroe gradualmente. Alrededor de la célula hay un aislamiento de revestimiento de mylar, sólo en la parte inferior hay agujeros de colocación y huecos de cierre, por lo que es habitual ver corrosión en la parte inferior de la célula.

Precauciones

1)Reforzar el control del proceso para reducir el riesgo de introducción de materias extrañas metálicas. El inserto del molde de blanking de presión negativa de perforación está hecho de acero de alta resistencia, lo que reduce la separación entre los bordes de la cuchilla y la generación de rebabas; Aumentar el tiempo de choque de lanzamiento para garantizar que las rebabas estén totalmente pulidas; Para las partículas de materia prima de PPS, se añade un separador de metales antes del embalaje para su separación y envasado. El tubo de aspiración se une al secador para reducir el riesgo de adsorción de partículas en el taller.

2) Reforzar la norma de prueba para el aislamiento fuera de línea de la cubierta superior de la célula de la batería. En este caso, los datos de prueba eléctrica de fábrica de la cubierta superior de la celda defectuosa se trazan para pasar. Se puede observar que la norma de prueba actual de 500 V de tensión no puede penetrar las limaduras metálicas, el hueco entre el polo negativo y la lámina de la cubierta superior, y no puede detectar este tipo de células defectuosas. cubierta superior.

Partiendo de la premisa de mantener la resistencia de aislamiento de alta tensión DC500V de 200 MΩ, se ha realizado una prueba adicional de resistencia de alta tensión 1 500 V 2 s 2 mA 100% de producto acabado para verificación positiva. Los resultados del TC de las muestras que no superaron la detección a 1 500 V mostraron la presencia de hilos metálicos.

Conclusión

Los cuerpos extraños metálicos pueden provocar fácilmente un cortocircuito interno en las baterías de iones de litio, y el cortocircuito es la causa más común de embalamiento térmico. Esto demuestra la importancia del control de las materias extrañas metálicas en el proceso de producción de las baterías de iones de litio. La cuestión de la seguridad de las baterías requiere los esfuerzos conjuntos de todo el personal técnico para que el control de las materias extrañas en el proceso de producción de las baterías sea cada vez mejor.