Vzroki in preventivni ukrepi za nizko izolacijo kvadratnih litijevih baterij

Podatki o testiranju električne učinkovitosti so pokazali, da so bili parametri napetosti in notranjega upora okvarjene celice znotraj normalnega območja, konvencionalno električno testiranje pa ni moglo prepoznati skrite nevarnosti. Vendar pa je bila negativna priključna napetost celice znatno nižja od standardne vrednosti. Razstavljanje in testiranje sta pokazala nenormalno prevodnost med negativnim priključkom in zgornjim pokrovom. CT skeniranje je potrdilo, da so bili v izolacijsko plast zgornjega pokrova vgrajeni kovinski tujki, ki so neposredno zlomili izolacijsko strukturo med terminalom in ohišjem. Ta napaka je pogosta pri množični proizvodnji različnih aluminijastih lupin za litij-ionske prizmatične celice in je skrita napaka, ki jo povzroči malomarnost pri nadzoru tujkov v procesu.

Sledenje proizvodnemu procesu je razkrilo, da kovinski tujki večinoma izvirajo iz dveh-postopkov z visokim tveganjem. Prvič, v stopnjah brizganja in stiskanja je bila vrzel med rezalnimi robovi matrice za izrezovanje negativnega konca prevelika, zaradi česar so med postopkom stiskanja nastajali bakreni ostružki in kovinski robovi. Drugič, delci iz nerjavečega jekla so bili vmešani v izolacijsko surovino PPS, po brizganju pa so bili delci kovine vdelani v plast izolacije. Hkrati so metode odprtega sušenja in hranjenja zlahka privedle do vdihavanja lebdečega kovinskega prahu v delavnici, kar je dodatno povečalo verjetnost, da se nečistoče primešajo v izolacijsko plast zgornjega pokrova aluminijaste lupine litijeve napajalne celice.

Za to vrsto okvare izolacije je značilna počasna indukcija in zakasnjena okvara in ni takojšnja napaka v tovarni. Celica v tovarni prestane preskus izolacije z vzdržljivo napetostjo 500 V, vendar drobnih kovinskih ostankov znotraj izolacijskega sloja ni mogoče zaznati. Po sestavljanju baterije in varjenju visoke temperature stopijo PP izolacijsko plast zgornjega pokrova, kovinski ostanki pa se premaknejo s tokom koloida. Pri ohlajanju se plastika skrči in nastanejo drobne vrzeli. Vibracije med delovanjem opreme povzročajo občasno prevodnost med sponkami in zgornjim pokrovom, kar nenehno sproža mikro-kratke stike, ki postopoma vodijo do elektrokemične korozije in puščanja elektrolita v aluminijastem ohišju eno-celične litij-ionske baterije.

Korozija aluminijastega ohišja v litijevih baterijah ima jasen elektrokemični mehanizem, ki zahteva hkratno izpolnjevanje tako elektronskih kot ionskih pogojev kratkega stika. V normalnih pogojih ima ohišje baterije visok potencial in popolnoma izolirano od negativne elektrode; ko kovinski tujek povzroči prevodnost med terminalom in lupino, se potencial aluminijaste lupine hitro zmanjša, kar ustvarja pogoje za litijsko korozijo. Ko lupina pride v stik z litijevimi ioni v elektrolitu, pride do redoks reakcije, ki postopoma tvori aluminij-litijevo zlitino, ki je v skladu z glavno logiko odpovedi koroziji aluminijastih lupin za litij-železo-fosfatne prizmatične celice.

Proces korozije lupine je sestavljen iz treh stopenj: površinske redukcije aluminijevega oksida, tvorbe litijeve zlitine in globoke elektrokemične korozije. Ko se reakcija interkalacije litija nadaljuje, se produkti korozije združijo z zrakom in ogljikovim dioksidom, da tvorijo alkalne soli, ki pospešujejo erozijo lupine in puščanje. Ker zunanja prevleka celice zagotavlja popolno izolacijo, le s predhodno izvrtano režo za montažo in pozicionirno luknjo na dnu, so težave s korozijo, puščanjem in okvarami izolacije večinoma koncentrirane na spodnjem delu aluminijaste lupine litij-ionske celice.

Da bi odpravili temeljni vzrok vnosa kovinskih tujkov, mora industrija optimizirati nadzor procesa skozi celoten proces. To je mogoče doseči z nadgradnjo materialov za kalupe, zmanjšanjem zračnosti rezila in dodajanjem postopka odstranjevanja robov in poliranja, da se odstranijo kovinski ostanki, ki nastanejo med obdelavo elektrod; dodajanje postopka ločevanja in testiranja kovin surovin za filtriranje nečistoč surovin PPS; in spreminjanje opreme za sušenje in sesanje, da sprejme način delovanja-z zaprto zanko, kar celovito zmanjša tveganje kontaminacije s tujki med proizvodnjo aluminijastih lupin za prizmatična in cilindrična ohišja baterij.

Optimiziranje standardov testiranja je glavno sredstvo za prestrezanje latentnih napak. Obstoječi preskus vzdržljive napetosti 500 V ne more prodreti skozi majhne izolacijske vrzeli in je nezadosten za odkrivanje vgrajenih okvar kovinskih ostankov. Medtem ko so ohranjeni prvotni standardi testiranja, je bil dodan nov 1500 V visoko-napetostni, 2mA tok popoln-končni pregled, ki lahko učinkovito prepozna neobičajne težave z izolacijo v zgornjem pokrovu, natančno prestreže okvarjene celice in znatno izboljša tovarniško uspešnost in dolgoročno-delovalno stabilnost ustreznih celic za aluminijasto ohišje baterije za globoko vlečenje.

Če povzamemo, glavni vzrok za nizko izolacijo in korozijo ohišja kvadratnih litijevih baterij je pomanjkanje nadzora nad kovinskimi tujki med proizvodnim procesom. Skriti mikro-kratki stiki lahko postopoma povzročijo okvaro baterije in varnostne nevarnosti. Pri masovni proizvodnji električnih baterij so nepogrešljivi nadzor surovin, optimizacija procesov in-nadgradnje testiranja visoke napetosti. Le z vzpostavitvijo celovitega sistema nadzora kakovosti se je mogoče izogniti težavam z okvarami izolacije v različnih aluminijastih lupinah litijevih baterij s suhimi celicami pri njihovem izvoru, kar zagotavlja varno in stabilno delovanje sistema napajalnih baterij.

Za optimizacijo procesalitijeve aluminijaste lupine s suhimi celicami, diagnozo izolacijskih napak in rešitve za nadzor kakovosti množične proizvodnje, se posvetujte z našo strokovno tehnično ekipo. Prilagodimo lahko celovito rešitev nadzora, ki temelji na proizvodnih pogojih, da se učinkovito izognemo okvaram izolacije baterije in težavam s korozijo ohišja.