Cause e misure preventive per un basso isolamento nelle batterie al litio quadrate

I dati dei test sulle prestazioni elettriche hanno mostrato che i parametri di tensione e resistenza interna della cella difettosa rientravano nell'intervallo normale e i test elettrici convenzionali non sono stati in grado di identificare il pericolo nascosto. Tuttavia, la tensione del terminale negativo della cella era significativamente inferiore al valore standard. Lo smontaggio e i test hanno rivelato una conduttività anomala tra il terminale negativo e il coperchio superiore. La scansione TC ha confermato che oggetti metallici estranei erano incorporati all'interno dello strato isolante del coperchio superiore, rompendo direttamente la struttura isolante tra il terminale e il guscio. Questo difetto è comune nella produzione in serie di vari gusci di alluminio per celle prismatiche agli ioni di litio ed è un guasto nascosto causato da negligenza nel controllo degli oggetti estranei nel processo.

Tracciando il processo di produzione è emerso che i corpi estranei metallici provenivano principalmente da due processi ad alto-rischio. Innanzitutto, nelle fasi di stampaggio a iniezione e pressatura, lo spazio tra i taglienti dello stampo di tranciatura del terminale negativo era troppo grande, generando trucioli di rame e bave metalliche durante il processo di pressatura. In secondo luogo, le particelle di acciaio inossidabile sono state mescolate alla materia prima isolante PPS e, dopo lo stampaggio a iniezione, i frammenti metallici sono stati incorporati all'interno dello strato isolante. Allo stesso tempo, i metodi di essiccazione e alimentazione all'aperto portavano facilmente all'inalazione di polvere metallica sospesa nell'officina, aumentando ulteriormente la probabilità che le impurità si mescolassero nello strato isolante del coperchio superiore del guscio in alluminio della cella elettrica al litio.

Questo tipo di guasto dell'isolamento è caratterizzato da induzione lenta e guasto ritardato e non costituisce un difetto immediato in fabbrica. La cella supera il test di isolamento della tensione di resistenza a 500 V in fabbrica, ma non è possibile rilevare piccoli detriti metallici all'interno dello strato isolante. Dopo l'assemblaggio e la saldatura della batteria, le alte temperature fondono lo strato isolante in PP del coperchio superiore e i detriti metallici vengono spostati con il flusso del colloide. Durante il raffreddamento, la plastica si restringe formando piccoli spazi vuoti. Le vibrazioni durante il funzionamento dell'apparecchiatura provocano una conduttività intermittente tra i terminali e il coperchio superiore, attivando continuamente micro-cortocircuiti, portando gradualmente alla corrosione elettrochimica e alla perdita di elettrolito nel guscio di alluminio di una batteria agli ioni di litio- a cella singola.

La corrosione del guscio di alluminio nelle batterie al litio ha un chiaro meccanismo elettrochimico, che richiede il verificarsi simultaneo di condizioni di cortocircuito sia elettronico che ionico. In condizioni normali, l'involucro della batteria è ad alto potenziale e completamente isolato dall'elettrodo negativo; una volta che un oggetto metallico estraneo provoca conduttività tra il terminale e il guscio, il potenziale del guscio di alluminio diminuisce rapidamente, creando le condizioni per la corrosione da litiazione. Dopo che il guscio entra in contatto con gli ioni di litio nell'elettrolita, si verifica una reazione redox, che forma gradualmente una lega di alluminio-litio, conforme alla logica tradizionale di guasto per corrosione dei gusci di alluminio per le celle prismatiche al litio ferro fosfato.

Il processo di corrosione del guscio è costituito da tre fasi: riduzione dell'allumina superficiale, formazione di leghe di litio e corrosione elettrochimica profonda. Mentre la reazione di intercalazione del litio continua, i prodotti della corrosione si combinano con l’aria e l’anidride carbonica per formare sali alcalini, accelerando l’erosione e le perdite del guscio. Poiché il rivestimento esterno della cella fornisce un isolamento completo, con solo uno spazio di assemblaggio pre-forato e un foro di posizionamento sul fondo, i problemi di corrosione, perdite e guasti all'isolamento sono concentrati principalmente nell'area inferiore del guscio in alluminio della cella agli ioni di litio.

Per affrontare la causa principale dell’introduzione di corpi estranei metallici, l’industria deve ottimizzare il controllo del processo durante l’intero processo. Ciò può essere ottenuto migliorando i materiali dello stampo, riducendo il gioco delle lame e aggiungendo un processo di sbavatura e lucidatura per eliminare i detriti metallici generati durante la lavorazione degli elettrodi; aggiunta di un processo di separazione e test dei metalli delle materie prime per filtrare le impurità delle materie prime PPS; e la modifica delle apparecchiature di asciugatura e aspirazione per adottare una modalità operativa-a circuito chiuso, riducendo completamente il rischio di contaminazione da corpi estranei durante la produzione di gusci in alluminio per custodie di batterie prismatiche e cilindriche.

L’ottimizzazione degli standard di test è il mezzo principale per intercettare i difetti latenti. L'attuale test di tensione di tenuta da 500 V non può penetrare piccoli spazi di isolamento ed è insufficiente per rilevare difetti di detriti metallici incorporati. Pur mantenendo gli standard di test originali, è stato aggiunto un nuovo processo di ispezione completa-della finitura ad alta-tensione da 1500 V e corrente da 2 mA, in grado di identificare efficacemente problemi di isolamento anomali nel coperchio superiore, intercettare con precisione le celle difettose e migliorare significativamente il tasso di superamento in fabbrica e la stabilità operativa a lungo-termine delle celle corrispondenti per la custodia della batteria con stampaggio a imbutitura profonda in alluminio.

In sintesi, la causa principale del basso isolamento e della corrosione dell’involucro nelle batterie al litio quadrate è la mancanza di controllo sugli oggetti metallici estranei durante il processo di produzione. Micro-cortocircuiti nascosti possono causare gradualmente guasti alla batteria e rischi per la sicurezza. Nella produzione di massa di batterie elettriche, il controllo delle materie prime, l'ottimizzazione dei processi e gli aggiornamenti dei test ad alta-tensione sono tutti indispensabili. Solo istituendo un sistema completo di controllo della qualità è possibile evitare alla fonte i problemi di guasto dell'isolamento nei vari gusci di alluminio delle batterie al litio a secco, garantendo il funzionamento sicuro e stabile del sistema di batterie di alimentazione.

Per l'ottimizzazione del processo diGusci di alluminio a celle a secco al litio, diagnosi dei guasti di isolamento e soluzioni di ispezione della qualità della produzione di massa, consultare il nostro team tecnico professionale. Possiamo personalizzare una soluzione di controllo completa in base alle condizioni di produzione per evitare efficacemente guasti all'isolamento della batteria e problemi di corrosione dell'involucro.