다른 원통형 및 사각형 배터리에 비해 유연한 포장리튬 배터리유연한 크기 설계와 높은 에너지 밀도의 장점으로 인해 점점 더 대중화되고 있습니다. 단락 테스트는 유연 포장 리튬 배터리를 평가하는 효과적인 방법입니다. 본 논문에서는 배터리 단락 테스트의 실패 모델을 분석하여 단락 실패에 영향을 미치는 주요 요인을 찾아봅니다. 다양한 조건에서 사례 검증을 수행하여 고장 모델을 분석하고 유연 포장 리튬 배터리의 안전성을 향상시킬 수 있는 제안을 제공합니다.
유연한 단락 고장포장 리튬 배터리일반적으로 액체 누출, 건조 균열, 화재 및 폭발이 포함됩니다. 누출 및 건식 균열은 일반적으로 러그 패키지의 약한 영역에서 발생하며, 테스트 후 알루미늄 패키지 건식 균열이 명확하게 볼 수 있습니다. 화재 및 폭발은 더 위험한 안전 생산 사고이며 원인은 일반적으로 알루미늄 플라스틱 건조 균열 후 특정 조건에서 전해질의 격렬한 반응입니다. 따라서 유연 포장 리튬 배터리의 단락 테스트와 비교할 때 알루미늄-플라스틱 포장의 상태는 실패로 이어지는 핵심 요소입니다.
단락 테스트에서 개방 회로 전압은배터리순간적으로 0으로 떨어지면서 회로에 큰 전류가 흐르고 줄(Joule) 열이 발생합니다. 줄열의 크기는 전류, 저항, 시간이라는 세 가지 요소에 따라 달라집니다. 짧은 시간 동안 단락 전류가 존재하더라도 높은 전류로 인해 여전히 많은 양의 열이 발생할 수 있습니다. 이 열은 단락 후 짧은 시간(보통 몇 분) 동안 천천히 방출되어 배터리 온도가 상승합니다. 시간이 지남에 따라 줄(Joule) 열은 주로 환경으로 소실되고 배터리 온도가 떨어지기 시작합니다. 따라서, 일반적으로 배터리의 단락불량은 단락 순간과 그 이후 비교적 짧은 시간에 발생하는 것으로 추정된다.
가스 부풀음 현상은 연포장 리튬 배터리의 단락 테스트에서 자주 발생하며 이는 다음과 같은 이유로 인해 발생합니다. 첫 번째는 전기화학적 시스템의 불안정성, 즉 전극과 전해질 사이의 계면을 통과하는 높은 전류로 인해 전해질이 산화 또는 환원 분해되고, 가스 생성물이 알루미늄-플라스틱 포장에 채워지는 현상이다. 이러한 이유로 인한 가스 생산 팽창은 고온 조건에서 더욱 분명해집니다. 왜냐하면 전해질 분해 부반응이 고온에서 발생할 가능성이 더 높기 때문입니다. 또한, 전해질이 분해부반응을 일으키지 않더라도 줄열(Joule Heat)에 의해 부분적으로 기화될 수 있으며, 특히 증기압이 낮은 전해질 성분의 경우 더욱 그러하다. 이러한 원인으로 인해 발생하는 가스 생성 부풀음은 온도에 더욱 민감합니다. 즉, 셀 온도가 상온으로 떨어지면 기본적으로 부풀어오르는 현상이 사라집니다. 그러나 가스 발생 원인과 관계없이 단락 시 배터리 내부의 공기압 상승으로 인해 알루미늄-플라스틱 패키지의 건조 균열이 악화되고 고장 확률이 높아집니다.
단락 고장의 과정과 메커니즘 분석을 바탕으로 연포장 리튬의 안전성배터리전기화학 시스템 최적화, 양극 및 음극 귀 저항 감소, 알루미늄-플라스틱 패키지의 강도 향상 등의 측면에서 개선될 수 있습니다. 전기화학적 시스템의 최적화는 양극 및 음극 활물질, 전극 비율, 전해질 등 다양한 각도에서 수행될 수 있으며 이를 통해 배터리의 일시적인 고전류 및 단시간 고열에 견딜 수 있는 능력을 향상시킬 수 있습니다. 러그 저항을 낮추면 이 영역에서 줄(Joule) 열 발생 및 축적이 줄어들고 패키지의 약한 영역에 대한 열 영향을 크게 줄일 수 있습니다. 알루미늄-플라스틱 패키지의 강도 향상은 배터리 제조 공정의 매개변수를 최적화하여 건조 균열, 화재 및 폭발 발생을 크게 줄임으로써 달성할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 4월 13일