Với việc sử dụng rộng rãi pin lithium-ion trong cuộc sống hàng ngày của mọi người. Hiệu suất an toàn của pin lithium-ion ngày càng được chú ý nhiều hơn. Ví dụ, vụ nổ pin của nhà sản xuất máy ảnh kỹ thuật số Nikon năm 2005, vụ nổ pin điện thoại di động Nokia năm 2006 và vụ nổ pin điện thoại di động Apple. Những vụ tai nạn này đã gây ra tổn thất lớn về tài sản và sự an toàn của mọi người.

Đối với các mô-đun pin công suất lớn hơn, hiệu suất an toàn nổi bật hơn. Những tai nạn này chủ yếu là do pin bị đoản mạch trong quá trình sử dụng. Do đó, hiệu suất an toàn cũng là một nút thắt hạn chế sự phát triển của pin lithium-ion ở năng lượng cao và quy mô lớn.

Thử nghiệm đâm kim sử dụng kim thép có đường kính từ 3 mm đến 5 mm để đưa pin vào. Nó gây ra hiện tượng đoản mạch bên trong pin, từ đó nghiên cứu hiệu suất an toàn và tỏa nhiệt của pin. Bài viết giới thiệu các yếu tố ảnh hưởng đến thử nghiệm đâm kim pin lithium ion.

Các yếu tố ảnh hưởng đến thử nghiệm đâm kim pin

Màng ngăn pin

Chức năng chính của bộ tách trong pin lithium ion là tách các điện cực dương và âm của pin và hiện tượng đoản mạch do tiếp xúc giữa hai cực. Vật liệu là màng PP, màng PE, màng composite PE/PP hai lớp hoặc màng composite ba lớp PP/PE/PP. Những vật liệu này không dẫn điện, nhưng có khả năng cho các ion điện phân đi qua. Độ dày của màng ngăn, nhiệt độ của cell kín, nhiệt độ vỡ màng, tỷ lệ khẩu độ, hướng kéo giãn, khả năng thấm ướt và không có lớp phủ đều ảnh hưởng đến độ an toàn của pin ở mức độ lớn.

Hiện nay, để đáp ứng yêu cầu về điện trở bên trong nhỏ và khả năng chống đâm thủng mạnh. Độ dày của màng pin lithium ion được sử dụng trong dụng cụ điện thường được chọn nhỏ hơn 25 μm. Bên cạnh đó, độ xốp là 40% đến 50% và đường kính lỗ là 0,03 đến 0,12 μm. Mặc dù độ xốp quá cao, điện trở bên trong của pin có thể giảm. Tuy nhiên, độ bền cơ học của màng ngăn kém.

Tầm quan trọng

Trong thử nghiệm châm kim, màng ngăn dễ bị vỡ. Do đó, diện tích tiếp xúc lớn giữa điện cực dương và âm của pin gây ra hiện tượng đoản mạch. Đồng thời, khi nhiệt độ pin cao, màng ngăn dễ bị co lại, gây nguy hiểm.

• Khi độ xốp tương đối thấp, điện trở bên trong của pin tương đối lớn. Điều này sẽ làm giảm hiệu suất năng lượng của pin ở một mức độ nào đó.
• Màng chắn có khẩu độ lớn, dễ khiến các tiếp xúc cực dương và cực âm gây ra hiện tượng đoản mạch.
• Tuy nhiên, nếu khẩu độ quá nhỏ, nó sẽ ảnh hưởng đến sự dẫn ion bên trong của pin và ảnh hưởng đến hiệu suất của pin. Do đó, việc lựa chọn bộ tách có độ xốp và kích thước lỗ phù hợp đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất của pin.

Tác dụng của chất chống cháy điện phân đối với sự châm kim của pin

Khi pin chịu phản ứng dữ dội bên trong kim, phản ứng của chất dẫn điện và chất kết dính với chất điện phân trong điện cực chiếm một phần lớn. Nó cũng quyết định hiệu suất an toàn của pin ở một mức độ nhất định. Do đó, việc lựa chọn chất dẫn điện và chất kết dính phù hợp là rất quan trọng đối với sự an toàn của pin.

Tác động của chất dẫn điện cực và chất kết dính lên quá trình châm pin

Ngoài việc tối ưu hóa các vật liệu khác nhau bên trong pin để cải thiện tính an toàn của pin. Chúng ta cũng có thể cải thiện tính ổn định nhiệt và tính an toàn của pin bằng cách cải thiện thiết kế cấu trúc của pin. Pin hình trụ và pin đóng gói mềm có kết quả thử nghiệm đâm kim khác nhau.

• Pin hình trụ dễ bị đâm thủng với tốc độ khác nhau của kim, khiến pin bị chập mạch và phát nổ.

Bởi vì điện cực dương và điện cực âm của pin hình trụ và màng ngăn sử dụng phương pháp quấn áp suất cao. Điều này sẽ dẫn đến khe hở dương và âm nhỏ. Khi pin gặp kim đâm, màng ngăn không thể mở rộng. Chốt thép hoạt động như một dây dẫn để kết nối điện cực dương và âm, do đó gây ra đoản mạch.

• Pin mềm bị ảnh hưởng rất nhiều bởi tốc độ nạp và dễ dàng đi qua hơn.

Bởi vì pin mềm là cấu trúc nhiều lớp, khoảng cách giữa điện cực dương và điện cực âm lớn. Khi pin gặp kim châm, màng ngăn có thể kéo dài hoặc thậm chí quấn kim thép. Điều này sẽ khiến cực dương và cực âm không bật, và sẽ không khiến pin bị đoản mạch hoặc nổ.

Do đó, để nâng cao hiệu suất an toàn của kim khi sản xuất pin, có thể vận hành theo cách sau:

• Tăng khoảng cách thích hợp giữa điện cực dương và điện cực âm;
• Cố gắng tăng độ dẻo của màng ngăn;

Tóm tắt