เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ทรงกระบอกและสี่เหลี่ยมอื่นๆ บรรจุภัณฑ์แบบยืดหยุ่นแบตเตอรี่ลิเธียมกำลังได้รับความนิยมในการใช้งานมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากข้อดีของการออกแบบขนาดที่ยืดหยุ่นและความหนาแน่นของพลังงานสูง การทดสอบการลัดวงจรเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการประเมินแบตเตอรี่ลิเธียมบรรจุภัณฑ์แบบยืดหยุ่น บทความนี้วิเคราะห์แบบจำลองความล้มเหลวของการทดสอบการลัดวงจรของแบตเตอรี่เพื่อค้นหาปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความล้มเหลวของการลัดวงจร วิเคราะห์แบบจำลองความล้มเหลวโดยดำเนินการตรวจสอบตัวอย่างภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน และเสนอข้อเสนอเพื่อปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมบรรจุภัณฑ์แบบยืดหยุ่น
ความล้มเหลวของการลัดวงจรของความยืดหยุ่นบรรจุภัณฑ์แบตเตอรี่ลิเธียมมักรวมถึงการรั่วไหลของของเหลว การแตกร้าวแบบแห้ง ไฟไหม้และการระเบิด การรั่วไหลและการแตกร้าวแบบแห้งมักเกิดขึ้นในบริเวณที่อ่อนแอของแพ็คเกจดึง ซึ่งสามารถมองเห็นการแตกร้าวแบบแห้งของแพ็คเกจอะลูมิเนียมได้ชัดเจนหลังการทดสอบ ไฟไหม้และการระเบิดเป็นอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยที่เป็นอันตรายมากกว่า และสาเหตุมักเกิดจากปฏิกิริยารุนแรงของอิเล็กโทรไลต์ภายใต้เงื่อนไขบางประการหลังจากการแตกร้าวของพลาสติกอลูมิเนียมแบบแห้ง ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับการทดสอบการลัดวงจรของแบตเตอรี่ลิเธียมบรรจุภัณฑ์แบบยืดหยุ่น สภาพของบรรจุภัณฑ์อะลูมิเนียม-พลาสติกจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่นำไปสู่ความล้มเหลว
ในการทดสอบการลัดวงจร แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของแบตเตอรี่จะลดลงเหลือศูนย์ทันที ในขณะที่กระแสขนาดใหญ่ไหลผ่านวงจร และสร้างความร้อนของจูล ขนาดของความร้อนจูลขึ้นอยู่กับปัจจัย 3 ประการ ได้แก่ กระแส ความต้านทาน และเวลา แม้ว่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจรจะเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้น ๆ แต่ก็ยังสามารถสร้างความร้อนจำนวนมากได้เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่สูง ความร้อนนี้จะถูกปล่อยออกมาอย่างช้าๆ ในช่วงเวลาสั้นๆ (โดยปกติคือไม่กี่นาที) หลังจากการลัดวงจร ส่งผลให้อุณหภูมิของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น เมื่อเวลาผ่านไป ความร้อนของจูลจะกระจายออกสู่สิ่งแวดล้อมเป็นหลัก และอุณหภูมิของแบตเตอรี่ก็เริ่มลดลง ดังนั้นจึงสันนิษฐานว่าโดยทั่วไปความล้มเหลวของการลัดวงจรของแบตเตอรี่จะเกิดขึ้นในเวลาที่เกิดการลัดวงจรและในช่วงเวลาที่ค่อนข้างสั้นหลังจากนั้น
ปรากฏการณ์ของการโป่งของก๊าซมักเกิดขึ้นในการทดสอบการลัดวงจรของแบตเตอรี่ลิเธียมบรรจุภัณฑ์แบบยืดหยุ่น ซึ่งน่าจะเกิดจากสาเหตุดังต่อไปนี้ ประการแรกคือความไม่เสถียรของระบบไฟฟ้าเคมี กล่าวคือ การสลายตัวแบบออกซิเดชั่นหรือแบบรีดักทีฟของอิเล็กโทรไลต์ที่เกิดจากกระแสสูงที่ไหลผ่านส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ และผลิตภัณฑ์ก๊าซจะถูกบรรจุในบรรจุภัณฑ์อะลูมิเนียม-พลาสติก การพองตัวของการผลิตก๊าซที่เกิดจากเหตุผลนี้จะเห็นได้ชัดเจนมากขึ้นภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง เนื่องจากปฏิกิริยาข้างเคียงจากการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ แม้ว่าอิเล็กโทรไลต์จะไม่เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงจากการสลายตัว แต่อิเล็กโทรไลต์อาจระเหยไปบางส่วนด้วยความร้อนของจูล โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบอิเล็กโทรไลต์ที่มีความดันไอต่ำ ส่วนนูนของการผลิตก๊าซที่เกิดจากสาเหตุนี้จะไวต่ออุณหภูมิมากกว่า กล่าวคือ โดยทั่วไปส่วนนูนจะหายไปเมื่ออุณหภูมิของเซลล์ลดลงถึงอุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม โดยไม่คำนึงถึงสาเหตุของการผลิตก๊าซ ความดันอากาศที่เพิ่มขึ้นภายในแบตเตอรี่ในระหว่างการลัดวงจรจะทำให้การแตกร้าวแห้งของบรรจุภัณฑ์อลูมิเนียมพลาสติกรุนแรงขึ้น และเพิ่มความน่าจะเป็นที่จะเกิดความล้มเหลว
จากการวิเคราะห์กระบวนการและกลไกของความล้มเหลวของการลัดวงจร ความปลอดภัยของบรรจุภัณฑ์ลิเธียมแบบยืดหยุ่นแบตเตอรี่สามารถปรับปรุงได้จากด้านต่างๆ ต่อไปนี้: การเพิ่มประสิทธิภาพระบบเคมีไฟฟ้า การลดความต้านทานต่อหูทั้งด้านบวกและด้านลบ และการปรับปรุงความแข็งแรงของบรรจุภัณฑ์พลาสติกอะลูมิเนียม การเพิ่มประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้าเคมีสามารถทำได้จากหลายมุม เช่น วัสดุออกฤทธิ์ที่เป็นบวกและลบ อัตราส่วนอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ เพื่อปรับปรุงความสามารถของแบตเตอรี่ในการทนต่อกระแสไฟสูงชั่วคราวและความร้อนสูงในระยะเวลาอันสั้น การลดความต้านทานของสายดึงลงสามารถลดการสร้างและการสะสมความร้อนของจูลในบริเวณนี้ และลดผลกระทบจากความร้อนบนพื้นที่อ่อนของบรรจุภัณฑ์ได้อย่างมาก การปรับปรุงความแข็งแรงของบรรจุภัณฑ์อะลูมิเนียม-พลาสติกสามารถทำได้โดยการปรับพารามิเตอร์ในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ให้เหมาะสม ซึ่งช่วยลดการเกิดรอยแตกแห้ง ไฟไหม้ และการระเบิดได้อย่างมาก
เวลาโพสต์: 13 เมษายน-2023