Quelle est la batterie lithium-ion la plus sûre ?

Vous avez probablement vu dans les nouvelles que des piles et des batteries au lithium-ion explosaient et brûlaient. Mais aujourd'hui, notre vie quotidienne est entourée de toutes sortes d'appareils électroniques, nous ne pouvons pas vivre sans ces appareils électroniques, et ces appareils électroniques ne peuvent pas non plus vivre sans batterie, en particulier la batterie au lithium-ion. Vous pouvez donc vous demander si les piles au lithium-ion sont sûres. Quelle est la batterie lithium-ion la plus sûre ? Cet article répondra à vos questions. Nous commencerons par présenter les différents types de piles au lithium, puis nous décrirons les mesures de sécurité et de protection des piles au lithium ionique et enfin nous expliquerons les inconvénients des différents modèles de piles au lithium ionique en termes de sécurité.

Modèle de batterie lithium-ion

À l'heure actuelle, il existe trois types de piles lithium-ion commerciales : cylindriques, carrées et souples. La cellule cylindrique 18650 doit son nom à son diamètre de 18 mm et à sa longueur de 65 mm. C'est actuellement la plus grande cellule de batterie lithium-ion au monde, avec une production annuelle d'environ 660 millions. Dans les véhicules électriques micro-hybrides, à l'exception de Tesla qui utilise des cellules 18650 de grande capacité, presque tous les autres fabricants utilisent des cellules 18650 de faible capacité. Pour les véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV) et les véhicules électriques purs (BEV), les fabricants utilisent généralement des cellules rectangulaires, carrées ou à revêtement souple plus grandes. Ce point dépend principalement du système d'alimentation de la voiture pour ce qui est du nombre de cellules requises. Les cellules plus petites nécessitent plus de connexions pour obtenir la même tension et la même énergie, ce qui les rend plus susceptibles de tomber en panne lors de l'assemblage. Du point de vue de l'équipementier, un nombre élevé de cellules entraîne des coûts de maintenance élevés après la vente. En termes de chiffres, un bloc-batterie Ford typique nécessite plus de 7 000 petites cellules avec plus de 14 000 connexions, contre environ 576 pour un grand bloc-batterie. Un taux de défaillance de 14 000 connexions est nettement plus élevé qu'un taux de défaillance de 576 connexions de cellules.

La Tesla Model-S utilise la cellule 18650 de Panasonic, qui nécessite environ 7 000 cellules pour un bloc-batterie de 85 kWh (un bloc-batterie de 60 kWh nécessite un plus petit nombre de cellules). La batterie de la Chevrolet Volt, d'une capacité de 16. SkWh de la Chevrolet Volt nécessite 288 packs souples, tandis que le pack de 24kWh de Nissan nécessite 192 packs souples.

Aujourd'hui, la production de masse des piles se divise principalement en trois types : les piles en forme de colonne, les piles carrées et les piles souples. Comme indiqué ci-dessus, la cellule 18650 est actuellement la plus productive, mais d'autres petites cellules en forme de colonne sont également produites : Comme la 32330 de A123, les cellules carrées "swing" et "Sonata" de 18 mm × 6 mm × 5 mm de Boston Power (en fait une combinaison de deux cellules 18650). SAFT a produit de grandes cellules en forme de colonne. Ces cellules sont largement utilisées dans les secteurs de l'aviation, de l'aérospatiale et de l'armée. L'avantage de la pile en colonne est que l'enveloppe métallique qu'elle utilise est en acier ou en acier revêtu de nickel et en aluminium. La destruction de ces enveloppes métalliques nécessite une énergie très élevée et l'enveloppe métallique peut fournir une "pression d'extrusion" dans l'enveloppe du noyau de la bobine, ce qui garantit la stabilité structurelle du noyau de la bobine. À l'heure actuelle, le marché compte de nombreux fournisseurs d'équipements d'assemblage et de production de cellules cylindriques.

Les mesures de protection de la sécurité des batteries au lithium-ion

Comme les autres piles, les piles au lithium-ion présentent des problèmes de sécurité inhérents. Les batteries lithium-ion libèrent essentiellement de l'énergie à partir d'un conteneur fermé dans des conditions spécifiques, et la quantité d'énergie libérée dépend apparemment de la taille de la batterie. En outre, la pollution et les défauts dans le processus de fabrication de la batterie peuvent entraîner une perte d'énergie ou un abandon prématuré.

soupape d'échappement

Pour réduire les risques de sécurité des batteries lithium-ion, les fabricants prennent en compte certaines précautions de sécurité dans la conception des batteries. Par exemple, si une soupape d'échappement est installée sur une batterie, elle s'ouvrira lorsque le gaz à l'intérieur atteindra une certaine pression en raison d'une défaillance de la batterie. La soupape d'échappement est généralement conçue à l'intérieur de la cellule. Il existe une légère différence entre les soupapes d'échappement des piles métalliques et des piles souples. Afin de prévoir la zone de défaillance, la batterie souple dessine des marques en forme de V ou d'autres formes sur la surface. Sans ces marques, il est difficile pour la pile molle de prédire la partie de la défaillance.

CID

Le CID est un type de fusible qui est installé à l'intérieur d'une cellule, généralement dans un boîtier métallique. Comme son principe de fonctionnement est basé sur les variations de pression, il ne convient pas aux emballages souples. Le CID interrompt le courant lorsque la pression à l'intérieur de la cellule dépasse une certaine valeur.

PTC

Un autre type de dispositif de protection contre l'expansion est le coefficient de température positif (CTP). Lorsque la cellule atteint une certaine température, le CTP se déclenche automatiquement et la connexion entre le circuit extérieur de la cellule et le noyau de la bobine est temporairement interrompue. Lorsque la température du noyau baisse, le circuit extérieur du noyau et la bobine sont automatiquement reconnectés. La PTO a certaines exigences en matière de tension, généralement pas plus de 26V, elle ne convient donc qu'à une petite alimentation mobile.

Séparateur

Le séparateur composite à trois couches et le séparateur à revêtement céramique susmentionnés peuvent également jouer un rôle important dans l'amélioration de la sécurité. En particulier, le séparateur à revêtement céramique peut fonctionner normalement à haute température, et le séparateur ne rétrécit pratiquement pas après le revêtement céramique, ce qui peut améliorer la probabilité de réussite du test d'acupuncture.

Les inconvénients des différents modèles de batteries lithium-ion

Outre la taille réduite de la petite cellule cylindrique, le scellement du couvercle est également difficile. De nombreux fabricants utilisent désormais la technologie du soudage au laser, tandis que d'autres recourent encore au processus de sertissage pour sceller la cellule. Lorsque SONY a commencé à utiliser une coque en acier inoxydable revêtue de nickel, la couche de nickel s'est détachée de la feuille d'acier lors du sertissage dans le noyau, ce qui a entraîné des risques de court-circuit interne, des incendies, des explosions et d'autres accidents dans les produits électroniques grand public. SONY a rappelé environ $250 millions de piles en 2006 en raison de problèmes de sécurité liés au processus de sertissage.

Un autre inconvénient des cellules cylindriques est leur impédance initiale élevée. Cela signifie que les cellules cylindriques ont un taux de production de chaleur plus élevé que les cellules carrées ou en polymère. Cependant, les batteries cylindriques sont petites et leur chaleur est plus facile à gérer, de sorte que le bloc-batterie est généralement refroidi par de l'air pour obtenir un refroidissement efficace. Les piles cylindriques classiques de type 18650 utilisent souvent des mesures de protection CID et PTC, mais dans les grandes piles, les mesures CID et PTC sont difficiles à appliquer. Les cellules carrées sont généralement emballées dans de l'acier inoxydable, du plastique ou de l'aluminium et sont largement utilisées dans les véhicules électriques. L'application de cellules de tailles différentes peut se référer à la norme spécifiée par l'Association allemande de l'industrie automobile. L'avantage des grandes cellules carrées est que le système a moins de connexions et une puissance plus élevée. Moins de connexions signifie moins de risques de défaillance de la batterie.

Le troisième type de batterie lithium-ion est une cellule polymère, également connue sous le nom de "soft pack" ou "laminated cell". La cellule polymère se réfère à l'origine à l'utilisation d'un électrolyte polymère, et a été largement désignée sous le nom de cellule à revêtement souple. Bien sûr, certaines personnes pensent que les cellules lithium-polymère sont nommées d'après les électrolytes polymères, tandis que d'autres sont nommées d'après le matériau d'emballage, ce qui entraîne parfois une confusion. C'est pourquoi on l'appelle généralement batterie à électrolyte souple, ce qui est plus intuitif et ne prête pas à confusion.

Aujourd'hui, de nombreux appareils électroniques portables ont été utilisés dans la normalisation des cellules souples, comme les téléphones mobiles et les tablettes. Les cellules souples peuvent être préparées dans une variété de formes, convenant à une variété de systèmes d'assemblage. Le principal inconvénient de la cellule souple est sa configuration de sécurité médiocre. Il est généralement peu probable que le CID et le PTC soient présents dans la cellule en même temps que la soupape d'échappement. En outre, l'enveloppe souple des batteries dans l'ensemble horizontal est appliquée au monde extérieur pour fournir la pression auxiliaire pour freiner le changement de volume afin d'obtenir de meilleures performances, la durée de vie et la pression auxiliaire nécessite uniforme dans l'ensemble des batteries, si la pression n'est pas cohérente, d'être limité les batteries lithium-ion internes, mobiles, provoquant des augmentations d'impédance de cellule, les batteries, raccourcir la durée de vie, même conduire à la formation de dendrite de lithium causé défaut de sécurité. En outre, les cellules à enveloppe souple sont encapsulées dans des polymères, qui sont relativement vulnérables aux dommages lors de l'assemblage des cellules, de sorte qu'il convient de faire preuve de prudence pendant le fonctionnement.