Литий-ионные батареи обладают высокой плотностью энергии, длительным сроком службы и хорошими характеристиками заряда и разряда. Однако, если в литий-ионной батарее происходит внутреннее короткое замыкание, это означает, что внутри батареи между положительным и отрицательным электродами образовался аномальный проводящий путь.
В нормальных условиях ионы лития упорядоченно внедряются и извлекаются между положительным и отрицательным электродами через электролит в процессе заряда и разряда, а диафрагма эффективно предотвращает прямую проводимость электронов между положительным и отрицательным электродами. Однако при возникновении внутреннего короткого замыкания изоляция между положительным и отрицательным электродами разрушается, и электроны могут обходить нормальный путь цепи и течь непосредственно от положительного электрода к отрицательному, образуя короткое замыкание с низким сопротивлением. Этот аномальный путь протекания тока приводит к ряду серьезных последствий и является одной из важных причин выхода батареи из строя.
Распространенные причины короткого замыкания в литий-ионных батареях
(1) Производственные дефекты
Примеси металлов: В процессе производства литий-ионных батарей, если чистота производственной среды не контролируется должным образом или сырье содержит металлические примеси, эти примеси могут попасть в батарею. Когда частицы металлических примесей проникают в диафрагму и контактируют с положительным и отрицательным электродами, между ними образуется проводящий путь, вызывающий внутреннее короткое замыкание.
Заусенцы электродов: В процессе изготовления электрода, если операция выполнена неправильно или оборудование недостаточно точное, на его краях могут образовываться мельчайшие заусенцы. Эти заусенцы могут постепенно проникать в диафрагму по мере использования батареи, вызывая внутреннее короткое замыкание.
(2) Повреждения во время использования
Механическое напряжение: В процессе ежедневного использования литий-ионные батареи неизбежно подвергаются различным механическим нагрузкам. Например, если мобильный телефон случайно упадет или электромобиль будет ехать по неровной дороге, батарея может быть ударена или сжата. При воздействии больших механических нагрузок внутренние электроды, диафрагмы и другие структуры могут деформироваться или повредиться. Например, диафрагма может разорваться, что приведет к прямому контакту между положительным и отрицательным электродами и, следовательно, к внутреннему короткому замыканию.
Влияние температуры: Температура оказывает существенное влияние на производительность и безопасность литий-ионных батарей. При высокой температуре скорость химических реакций внутри батареи ускоряется, что может привести к таким проблемам, как разложение электролита. В условиях экстремально высоких температур производительность диафрагмы снижается, и она может даже расплавиться, что приведет к нарушению изоляции между положительным и отрицательным электродами и возникновению внутреннего короткого замыкания. Напротив, в условиях низких температур внутреннее сопротивление батареи увеличивается, а скорость миграции ионов лития замедляется, что также может вызвать чрезмерный локальный ток внутри батареи и привести к внутреннему короткому замыканию.
(3) Старение батареи
По мере увеличения количества циклов зарядки и разрядки литий-ионных батарей, они постепенно стареют. В процессе старения внутри батареи происходит ряд сложных физических и химических изменений. Например, на поверхности отрицательного электрода постепенно образуется более толстая пленка SEI. Рост этой пленки может снизить активность материала отрицательного электрода, а также привести к образованию трещин. Когда эти трещины расширяются до определенной степени, контакт между отрицательным электродом и электролитом может ухудшиться, вызывая локальную концентрацию тока и приводя к внутренним коротким замыканиям. Кроме того, по мере увеличения количества циклов может изменяться кристаллическая структура материала положительного электрода, что приводит к снижению стабильности материала и, косвенно, увеличивает риск внутренних коротких замыканий.
Влияние короткого замыкания на литий-ионные батареи
(1) Снижение емкости батареи
Внутренние короткие замыкания могут вызывать саморазряд внутри батареи, при котором большое количество электрической энергии расходуется впустую и не может быть выведено наружу для использования устройством. Аналогично, после внутреннего короткого замыкания в литий-ионной батарее ее фактическая доступная емкость постепенно уменьшается, а время автономной работы устройства также значительно снижается.
(2) Повышенное внутреннее сопротивление батареи
При возникновении внутреннего короткого замыкания распределение тока внутри батареи становится неравномерным, и в отдельных областях появляется высокая плотность тока. Увеличение внутреннего сопротивления батареи не только увеличивает потери энергии во время зарядки и разрядки, снижает эффективность преобразования энергии, но и приводит к нагреву батареи во время зарядки и разрядки. Если батарея длительное время находится в состоянии высокого внутреннего сопротивления, срок ее службы еще больше сокращается, ускоряя процесс выхода батареи из строя.
(3) Повышенный риск теплового разгона
Тепловой разгон — одно из самых серьезных последствий внутреннего короткого замыкания в литий-ионном аккумуляторе. При внутреннем коротком замыкании большое количество электрической энергии за короткий промежуток времени преобразуется в тепловую, что приводит к резкому повышению температуры внутри аккумулятора. По мере повышения температуры химическая реакция внутри аккумулятора усиливается, генерируя еще больше тепла, образуя порочный круг. Если это тепло не может быть своевременно и эффективно отведено, то при достижении определенной температуры аккумулятор переходит в состояние теплового разгона. В состоянии теплового разгона аккумулятор может дымить, загореться или даже взорваться, представляя серьезную угрозу для личной безопасности и сохранности имущества.
Таким образом, для предотвращения коротких замыканий в литий-ионных батареях производителям необходимо оптимизировать производственный процесс; пользователям также необходимо усилить контроль за использованием; проводить регулярные проверки и техническое обслуживание.
Bosa Energy
Компания Bosa Energy, обладающая мощностью 150 ГВтч и опытом применения более 400 000 электробусов и коммерческих автомобилей, входит в пятерку лидеров китайской индустрии аккумуляторных батарей. Мы сотрудничаем с Yutong, Geely, Damiler и другими компаниями.
Мы также предлагаем контейнерные системы хранения энергии и поставили 6 ГВт·ч в 2024 году (=75 000 автомобилей Model 3 с батареей 80 кВт·ч). На местном рынке мы предоставляем услуги OEM для Changan, CALB, National Grid, Ping Gao Electric, Xuji Electronics, Ruineng Electronics — наших основных поставщиков контейнерных систем хранения энергии на китайском рынке.
Мы являемся самым профессиональным поставщиком морских литиевых батарей в Китае, и наш объем экспорта морских батарей неизменно входит в тройку лидеров в Китае; мы также являемся ведущим экспортером литиевых батарейных модулей в Китае, специализируясь на предоставлении различных решений в области литиевых батарейных модулей.
Благодаря превосходному качеству и производительности наша продукция пользуется популярностью более чем в 30 странах мира. Мы также создали склады в Германии и Нидерландах, чтобы обеспечить наличие товаров на складе и своевременную доставку нашим клиентам.
Индивидуальный и гибкий подход
Высокая пропускная способность
Широкое применение
Богатый опыт работы с литий-ионными аккумуляторными батареями.
