3. So sánh và phân tích thử nghiệm độ xuyên thủng của đinh

So sánh kết quả của sáu nhóm thử nghiệm, pin bị hỏng, nhưng mức độ nghiêm trọng của các thử nghiệm là khác nhau. Theo các đặc điểm thử nghiệm khác nhau, các đặc điểm thử nghiệm của đinh đâm thủng có thể được chia thành ba loại.

Loại I: Ví dụ, pin ở Nhóm 1 và Nhóm 5 chỉ xả chất điện phân, không có khói và nổ;

Lớp II: Ví dụ, mặc dù pin ở Nhóm 3 và Nhóm 6 không phát nổ nhưng một lượng nhỏ khói và chất điện phân đã thoát ra từ van xả áp suất của pin;

Loại III: Ví dụ, pin phát nổ và tạo ra lượng khói lớn trong thử nghiệm nhóm 2 và nhóm 3, gây ra thiệt hại nghiêm trọng. Có thể thấy rằng kết quả của sự thoát nhiệt do đinh đâm vào là ngẫu nhiên hơn, nhưng nó đã gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho pin.

Trong kết quả thử nghiệm loại đầu tiên, pin không có thay đổi rõ ràng sau khi bị đâm thủng vào pin. Sau một thời gian, chất điện phân bắt đầu chảy ra từ từ, kèm theo mùi hăng và chất điện phân chảy ra sau khi pin bị thủng. Trong nhóm thử nghiệm đầu tiên và nhóm thử nghiệm thứ năm, khoảng 120 giây và 80 giây sau khi pin bị thủng, có thể nhìn thấy chất điện phân tích tụ. Sau đó, khi thử nghiệm tiến hành, nhiệt độ tiếp tục tăng và lớp vỏ nhựa của pin xung quanh lưỡi lê bị tan chảy. Bản thân chất điện phân có tính ăn mòn và sẽ phá hủy các vật thể xung quanh pin. Nếu chất điện phân chảy trong bộ pin, độ dẫn điện của chất điện phân cũng sẽ gây ra hiện tượng đoản mạch bên ngoài cho các pin khác.

Điện áp của kim nhóm 1 và nhóm 5 giảm nhanh sau khi đâm vào pin, sau đó giảm chậm xuống 0 V trong sự dao động liên tục. Nhiệt độ bề mặt của pin trong nhóm 1 và nhóm 5 tăng nhanh sau khi đinh đâm vào. Điểm đo nhiệt độ trên bề mặt pin trong hai nhóm thử nghiệm đạt 90 ~ 100 ℃, sau đó bắt đầu giảm, nhưng nhiệt độ của pin trong nhóm thử nghiệm thứ năm giảm nhanh hơn nhóm thử nghiệm thứ nhất.

Đối với loại kết quả thứ hai, nhóm thử nghiệm thứ tư và nhóm thử nghiệm thứ sáu, pin tạo ra một lượng khói nhỏ và xả chất điện phân. Ví dụ, trong nhóm thử nghiệm thứ tư, khói được đẩy ra từ vị trí bị thủng ở đáy pin vào giây thứ 9 sau khi lưỡi lê đâm vào pin. So với nhóm thử nghiệm thứ tư, pin trong nhóm thử nghiệm thứ sáu phun ra một lượng khói nhỏ và chất điện phân vào giây thứ 24 sau khi đinh đâm vào pin. Trong nhóm thử nghiệm thứ tư và thứ sáu, thời gian pin phát ra khói không được quá 5 giây. Trong hai nhóm thử nghiệm này, điện áp pin giảm nhanh sau khi bị thủng và giảm xuống 0 V trong vòng 90 giây.

Trong hai nhóm thử nghiệm, điểm đo nhiệt độ trên bề mặt pin đạt giá trị cực đại trong khoảng từ 80 đến 110 giây sau khi đinh đâm vào, thường nằm trong khoảng từ 110 đến 130 ℃, sau đó nhiệt độ giảm chậm. So với loại thử nghiệm đầu tiên, điện áp pin trong loại thử nghiệm thứ hai giảm nhanh hơn và nhiệt độ bề mặt của pin cao hơn, điều này cho thấy loại thử nghiệm thứ hai tạo ra nhiều nhiệt phản ứng, nhiệt joule và nhiệt phân cực hơn, và khói phát ra cho thấy nhiều nhiệt phản ứng phụ hơn.

Trong loại thử nghiệm thứ ba, nhóm thử nghiệm thứ hai và thứ ba đã tạo ra các vụ nổ rất nghiêm trọng. Nhóm thử nghiệm thứ hai bắt đầu phát ra khói 3 giây sau khi bị thủng, và tiếng nổ và khói nhiều hơn có thể được nghe thấy 5 giây sau đó. Sau đó, pin tiếp tục phát ra khói và chất điện phân ngay lập tức phát nổ và bắn tung tóe vào thành trong của buồng thử nghiệm. Đối với nhóm thử nghiệm thứ ba, pin không thay đổi trong vòng 15 giây sau khi pin bị thủng, và sau đó bắt đầu phát ra một lượng khói nhỏ. Vào giây thứ 34 sau khi pin bị thủng, pin đột nhiên phát nổ dữ dội, buồng thử nghiệm ngay lập tức tràn ngập khói và chất điện phân bắn tung tóe vào thành trong của buồng thử nghiệm.

Trong thử nghiệm đâm thủng bằng đinh của nhóm thứ hai và thứ ba, sự thay đổi điện áp của pin giảm nhanh sau khi bị đâm thủng và giảm xuống 0V trong vòng 30 giây sau khi bị đâm thủng. Nhiệt độ bề mặt của pin nhóm thứ hai và thứ ba tăng nhanh sau khi bị đinh đâm thủng. Trong hai nhóm thử nghiệm, trong khoảng từ 50 đến 150 giây sau khi bị đinh đâm thủng, nhiệt độ của bề mặt pin đạt giá trị cực đại trong khoảng từ 160 đến 200 ℃, sau đó nhiệt độ giảm chậm. Có thể thấy rằng phản ứng của pin sau khi bị đinh đâm thủng càng mạnh thì nhiệt độ có thể đạt được càng cao. Trong ba loại thử nghiệm, điện áp pin trong loại thử nghiệm thứ ba giảm nhanh nhất và nhiệt độ tăng cao nhất, do đó nhiệt phản ứng, nhiệt cốc hóa và nhiệt phân cực tạo ra nhiều nhất, trong khi phản ứng mất kiểm soát nhiệt trong loại thử nghiệm thứ ba là nghiêm trọng nhất, cho thấy loại thử nghiệm thứ ba tạo ra nhiều nhiệt phản ứng phụ nhất.

Qua phân tích ba loại kết quả thử nghiệm trên, có thể thấy rằng ảnh hưởng của sự xuyên thủng của đinh đối với sự mất kiểm soát nhiệt nghiêm trọng của pin lithium sắt phosphate hình trụ có tính ngẫu nhiên nhất định và nguyên nhân của tính ngẫu nhiên liên quan đến giao diện tiếp xúc ngẫu nhiên được hình thành sau khi pin bị thủng. Tiếp xúc tốt giữa kim và bộ phận điện cực bên trong pin, cũng như số lượng bộ phận điện cực tham gia vào quá trình phóng điện sau khi pin bị thủng, sẽ gây ra các tình huống mất kiểm soát nhiệt nghiêm trọng khác nhau. Có thể thấy rằng một khi pin bị hư hỏng do đinh xuyên thủng, nó không chỉ làm hỏng bản thân pin mà còn ảnh hưởng đến các vật thể xung quanh pin nếu pin phát nổ.

4.Kết luận

Trong bài báo này, ở nhiệt độ phòng ban đầu là 20 ℃ Với kim thép vonfram Φ 5 mm, sáu nhóm thử nghiệm kim đã được thực hiện trên pin sắt phosphate lithium 32650 hình trụ ở trạng thái sạc đầy (SOC-1) để quan sát sự thay đổi của điện áp pin và nhiệt độ bề mặt trong quá trình kim. Theo kết quả thử nghiệm, có thể thấy rằng sự mất kiểm soát nhiệt nghiêm trọng do đinh đâm là ngẫu nhiên và giao diện tiếp xúc ngẫu nhiên giữa kim và bộ phận điện cực bị hỏng dẫn đến sự mất kiểm soát nhiệt nghiêm trọng một cách ngẫu nhiên. Các đặc điểm tương ứng của pin mất kiểm soát nhiệt bao gồm dòng điện phân chảy ra, phát thải khói và nổ.

Sau khi đinh đâm xuyên , điện áp của pin sẽ giảm xuống 0 V. Điện áp của pin chỉ chảy ra khỏi chất điện phân sẽ giảm chậm và điện áp của pin phát nổ hoặc phát ra khói sẽ giảm nhanh chóng. Đinh đâm xuyên sẽ khiến nhiệt độ của pin tăng lên. Phản ứng nhiệt độ của pin càng mạnh thì nhiệt độ tăng càng nhanh và cao. Thiệt hại cho pin lithium sắt phosphate do đinh đâm xuyên là tử vong. Đề xuất rằng trong nghiên cứu phát triển và sử dụng pin trong tương lai, thiết kế cấu trúc pin hình trụ phải có thể ngăn ngừa đinh đâm xuyên hoặc đinh đâm xuyên không gây hại và bên ngoài pin cũng phải được bảo vệ để tránh pin bị thủng.