Analyse du problème de faible isolation de la batterie prismatique au lithium

Par rapport aux piles au lithium cylindriques et à poche, les piles au lithium prismatiques sont de plus en plus utilisées dans le domaine des véhicules électriques en raison de leur grande fiabilité d'emballage et de leur structure relativement simple. Pour des comparaisons plus détaillées, veuillez vous référer à Cellules prismatiques ou cellules en poche, Batterie cylindrique ou batterie carrée articles.

Ces dernières années, il y a eu de nombreux incendies et explosions liés aux piles électriques, et la sécurité des piles électriques a également fait l'objet d'une grande attention. Le court-circuit de la cellule de la batterie peut provoquer une fuite de liquide, une défaillance de l'isolation de la batterie ou un incendie du système de la batterie.

Cet article analyse la cause d'un cas de dépannage à faible isolation d'un module de batterie prismatique au lithium, discute du processus et du mécanisme de défaillance de la corrosion du boîtier de la batterie et propose une méthode d'amélioration.

Analyse d'un cas d'inspection de faible isolation d'une batterie prismatique au lithium

Processus de dépannage

L'inspection d'une batterie d'énergie a révélé que la valeur d'isolation d'un module était bien inférieure à la valeur standard, soit seulement 0,113 MΩ. L'inspection a révélé que la coque inférieure de la cellule n° 1 du module présentait des signes évidents de corrosion de l'électrolyte. La barre omnibus est bien connectée et les broches du module sont normales et pliées.

Aucune anomalie n'a été constatée dans les données de processus du module de dépannage. Le test de performance électrique du module défectueux a révélé que ses paramètres de tension et de résistance interne étaient normaux, mais que l'isolation était anormale. Le module défectueux a été démonté et le film bleu de chaque élément de la batterie était intact. L'électrolyte au fond de l'élément de batterie n° 1 présentait une fuite évidente. Après avoir déchiré le film bleu, des points de corrosion évidents ont été trouvés. Aucune anomalie n'a été constatée dans les données de traitement de la cellule n° 1.

La tension mesurée entre le pôle négatif et le boîtier de la batterie est de 0,596 V (la spécification n'est pas inférieure à 1,5 V), la tension ne s'est pas rétablie après l'ouverture du boîtier, l'aspect des deux JR est normal, le fond n'est pas endommagé et il n'y a pas de chevauchement du couvercle supérieur à l'endroit où la languette est soudée ; après avoir retiré le JR, la résistance mesurée entre le pôle négatif de la cellule et le couvercle supérieur est de 0,5 V (la spécification n'est pas inférieure à 1,5 V). L'analyse tomodensitométrique du couvercle supérieur de la batterie a révélé la présence d'un corps étranger métallique entre le plastique du pôle anodique et le couvercle supérieur, et le pôle anodique était connecté au couvercle supérieur.

Analyse des causes

Vérifier le processus de fabrication du couvercle supérieur de l'élément de batterie et du pôle, le matériau d'entrée PPS et le processus de moulage par injection du pôle sont des processus à risque. Il y a deux raisons principales au court-circuit causé par le fil métallique sur le couvercle supérieur de l'élément de batterie.

La première est l'introduction de pièces moulées par injection : lors du processus de découpage de la forme, l'espace entre les bords du couteau est trop grand, et la pression négative de la perche produit des particules de cuivre ; le matériau PPS entrant est mélangé à des particules d'acier inoxydable, et incorporé dans le PPS de la pièce pendant le moulage par injection.

Le second est l'introduction d'équipements : la machine de séchage et la machine de moulage par injection ne sont pas fermées pour la gestion et l'alimentation, et il y a un risque d'inhalation de matières premières PPS par des particules métalliques dans l'atelier.

Analyse du processus de défaillance

La couche isolante du couvercle supérieur de la cellule est mélangée à des copeaux métalliques. Le test électrique du couvercle supérieur de la cellule utilise un test de tension PC500 V pendant 2 secondes. Le test standard exigeant une résistance d'isolation d'au moins 200 MΩ est réussi, et la tension de 500 V ne peut pas traverser la fente.

Une fois la batterie soudée à la puce, le bloc d'aluminium de l'anode est chauffé pour faire fondre la couche isolante (matériau PP) à la surface, et les copeaux de métal s'écoulent vers le bord de l'anode avec la couche isolante fondue ;

Après que la couche isolante du bloc d'aluminium négatif a été fondue puis refroidie, le plastique se solidifie et se rétracte, laissant un espace entre le pôle et le couvercle supérieur ; les copeaux de métal se déplacent dans l'espace sous l'effet des vibrations, ce qui rend occasionnellement le pôle négatif et le couvercle supérieur conducteurs. Au cours du processus continu de charge et de décharge, l'enveloppe de la cellule se corrode lentement, ce qui entraîne des fuites de liquide et une faible valeur d'isolation.

Mécanisme de corrosion

La corrosion du lithium-ion cellule prismatique est en fait le processus de formation d'un alliage aluminium-lithium à partir de la coque en aluminium, qui doit remplir deux conditions nécessaires. La première est un court-circuit électronique, c'est-à-dire que l'enveloppe d'aluminium possède une anode à faible potentiel ;

Le second est un court-circuit ionique, c'est-à-dire que la coque en aluminium entre en contact avec les ions lithium dans l'électrolyte. La colonne anodique d'une cellule de batterie normale est séparée du boîtier par une couche isolante, et le boîtier est à un potentiel élevé. Lorsqu'il y a des copeaux de métal entre le pôle négatif et le couvercle supérieur et qu'un court-circuit se produit entre le pôle anodique et la coque en aluminium, la coque en aluminium présente un potentiel de corrosion et le potentiel de la coque en aluminium est considérablement réduit (le potentiel initial d'insertion du lithium de la coque en aluminium est d'environ 1,4 V). Dans le même temps, la coque en aluminium est en contact avec les ions lithium dans l'électrolyte, et la coque en aluminium à faible potentiel réagit électrochimiquement avec les ions lithium.

Cathode：L i x C6→6C+x L i++x e-

Anode：A l+x L i++x e-→Li x A l

Les électrons sont transférés de l'anode à la coquille d'aluminium, et les ions lithium sont incorporés dans la coquille d'aluminium pour former un alliage aluminium-lithium, qui peut être divisé en trois étapes : la réduction de l'oxyde d'aluminium dans l'étape I ; la formation de l'étape II ; la phase III pourrait théoriquement prendre forme. À mesure que le degré d'intercalation du lithium augmente, il réagit avec l'oxygène et le dioxyde de carbone de l'air pour former des sels de métaux alcalins, et la coquille d'aluminium est progressivement corrodée. La cellule est recouverte d'un revêtement isolant en mylar, et seule la partie inférieure présente des trous de positionnement et des espaces de fermeture, de sorte qu'il est courant de constater une corrosion au niveau de la partie inférieure de la cellule.

Précautions

1) Renforcer le contrôle du processus pour réduire le risque d'introduction de corps étrangers métalliques. L'insert du moule de découpage à pression négative est en acier à haute résistance, ce qui réduit l'écart entre les bords du couteau et la production de bavures ; augmenter la durée du choc de projection pour s'assurer que les bavures sont entièrement polies ; pour les particules de matière première PPS, un séparateur de métaux est ajouté avant l'emballage pour la séparation et l'emballage. Le tuyau d'aspiration est relié au sécheur pour réduire le risque d'adsorption des particules dans l'atelier.

2) Renforcer la norme d'essai pour l'isolation hors ligne du couvercle supérieur de l'élément de batterie. Dans ce cas, les données de l'essai électrique en usine du couvercle supérieur de l'élément défectueux sont validées. On peut constater que la norme d'essai actuelle de 500 V ne peut pas pénétrer la limaille métallique, l'espace entre le pôle négatif et la feuille du couvercle supérieur, et ne peut pas détecter de telles cellules défectueuses. couvercle supérieur.

En partant du principe que la résistance d'isolement à la haute tension DC500V de 200 MΩ est maintenue, un test supplémentaire du produit fini 100% à 1 500 V 2 s 2 mA a été effectué pour vérification positive. Les résultats de la tomodensitométrie des échantillons qui n'ont pas été détectés à 1 500 V ont révélé la présence de fils métalliques.

Conclusion

Les corps étrangers métalliques peuvent facilement provoquer un court-circuit interne dans les batteries lithium-ion, et le court-circuit est la cause la plus fréquente d'emballement thermique. Cela montre l'importance du contrôle des matières étrangères métalliques dans le processus de production des batteries lithium-ion. La question de la sécurité des batteries requiert les efforts conjoints de l'ensemble du personnel technique pour améliorer le contrôle des matières étrangères dans le processus de production des batteries.