{"id":3980,"date":"2021-11-23T11:00:47","date_gmt":"2021-11-23T03:00:47","guid":{"rendered":"https:\/\/darksalmon-dugong-512221.hostingersite.com\/?p=3980"},"modified":"2025-01-17T10:14:23","modified_gmt":"2025-01-17T02:14:23","slug":"classification-of-lithium-battery-failure-and-the-cause-of-failure","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ygspower.com\/it\/classification-of-lithium-battery-failure-and-the-cause-of-failure\/","title":{"rendered":"Classificazione dei guasti delle batterie al litio e causa del guasto"},"content":{"rendered":"

Sullo sfondo della crisi energetica e dell\u2019inquinamento ambientale, batterie agli ioni di litio, come fonte energetica ideale per lo sviluppo nel 21\u00b0 secolo<\/u><\/a>, hanno ricevuto sempre pi\u00f9 attenzione. Tuttavia, alcuni fenomeni di guasto possono verificarsi nella produzione, nel trasporto e nell'uso delle batterie agli ioni di litio. Inoltre, il guasto di una singola batteria influir\u00e0 sulle prestazioni e sull'affidabilit\u00e0 dell'intero pacco batteria e persino causer\u00e0 l'interruzione del funzionamento del pacco batteria o altri problemi di sicurezza.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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Negli ultimi anni si sono verificati molti incendi ed esplosioni correlati alle batterie in patria e all'estero: l'incendio dell'auto elettrica Tesla Model S negli Stati Uniti, l'incendio della batteria del telefono cellulare Samsung Note7, l'incendio nella fabbrica di elettronica Forte di Wuhan, l'incendio nella fabbrica Samsung SDI di Tianjin, ecc...<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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1. Classificazione di batteria al litio<\/a> fallimento<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Per evitare i suddetti problemi di degradazione delle prestazioni e di sicurezza della batteria, \u00e8 fondamentale effettuare un'analisi dei guasti della batteria al litio. I guasti della batteria al litio si riferiscono alla degradazione delle prestazioni della batteria o alle prestazioni di utilizzo anomale causate da alcuni motivi essenziali specifici, e si dividono in guasti delle prestazioni e guasti della sicurezza.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

I cali di prestazioni includono calo di capacit\u00e0, attenuazione del ciclo di vita, tensione anomala, corrente anomala, resistenza interna eccessiva, autoscarica, invecchiamento dovuto ad alte e basse temperature, scarse prestazioni di velocit\u00e0 e scarsa coerenza.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

I guasti di sicurezza includono fuga termica, cortocircuito, perdita di liquido, flatulenza, sviluppo di litio, deformazione da espansione e foratura (schiacciamento).<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

2. Cause del guasto delle batterie al litio<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Le cause del guasto delle batterie al litio possono essere suddivise in interne ed esterne.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

La causa interna si riferisce principalmente alla natura dei cambiamenti fisici e chimici del guasto. La scala di ricerca pu\u00f2 essere fatta risalire alle scale atomiche e molecolari per studiare i cambiamenti termodinamici e dinamici del processo di guasto.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

I fattori esterni includono l'impatto, l'agopuntura, la corrosione, la combustione ad alta temperatura, i danni provocati dall'uomo e altri fattori esterni.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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3. Analisi delle prestazioni di guasto comuni e del meccanismo di guasto delle batterie al litio<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Guasto per perdita di capacit\u00e0<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

"Nel test di durata del ciclo standard, la capacit\u00e0 di scarica non deve essere inferiore a 90% della capacit\u00e0 iniziale quando il numero di cicli raggiunge 500 volte. Oppure la capacit\u00e0 di scarica non deve essere inferiore a 80% della capacit\u00e0 iniziale quando il numero di cicli<\/u><\/a>\u00a0se rientra nell'intervallo del ciclo standard, il fenomeno di un brusco calo della capacit\u00e0 \u00e8 un guasto dell'attenuazione della capacit\u00e0.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

La causa principale di capacit\u00e0 della batteria <\/u><\/a>il guasto da decadimento \u00e8 il guasto dei materiali ed \u00e8 strettamente correlato a fattori oggettivi quali il processo di fabbricazione della batteria e l'ambiente di utilizzo della batteria. Dal punto di vista dei materiali, le principali ragioni del guasto sono il guasto strutturale del materiale dell'elettrodo positivo, la crescita transitoria di SEI sulla superficie dell'elettrodo negativo, la decomposizione e il deterioramento dell'elettrolita, la corrosione del collettore di corrente e le tracce di impurit\u00e0 del sistema.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Guasto strutturale del materiale dell'elettrodo positivo:<\/u><\/a>\u00a0Il cedimento strutturale del materiale dell'elettrodo positivo include lo schiacciamento delle particelle del materiale dell'elettrodo positivo, la transizione di fase irreversibile, il disordine del materiale, ecc. Durante il processo di carica e scarica di LiMn2O4, la struttura di LiMn2O4 verr\u00e0 distorta a causa dell'effetto Jahn-Teller e le particelle potrebbero persino rompersi, causando il fallimento del contatto elettrico tra le particelle. Il materiale LiMn1.5Ni0.5O4 subir\u00e0 una transizione di fase del "sistema cristallino cubico tetragonale" durante il processo di carica e scarica. Il materiale LiCoO2 entrer\u00e0 nello strato di Li a causa della transizione di Li durante la carica e processo di scarico<\/u><\/a>, rendendo caotica la struttura a strati, limitandone la capacit\u00e0.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Guasto del materiale dell'anodo: il guasto dell'elettrodo di grafite si verifica principalmente sulla superficie della grafite. La superficie della grafite reagisce con l'elettrolita per produrre la fase di interfaccia dell'elettrolita solido (SEI). Se una crescita eccessiva porter\u00e0 a una diminuzione della litio<\/u><\/a>\u00a0contenuto di ioni nel sistema interno della batteria, il risultato \u00e8 un calo di capacit\u00e0. Il fallimento dei materiali degli anodi in silicio \u00e8 dovuto principalmente ai problemi di prestazioni del ciclo causati dalla loro enorme espansione di volume.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Guasto dell'elettrolita: LiPF6 ha una scarsa stabilit\u00e0 ed \u00e8 facile da decomporre per ridurre la quantit\u00e0 di migrazione di Li+ nell'elettrolita. Reagisce anche facilmente con tracce di acqua nell'elettrolita per generare HF, causando corrosione all'interno della batteria. Una scarsa tenuta all'aria provoca il deterioramento dell'elettrolita e la variazione della viscosit\u00e0 e della cromaticit\u00e0 dell'elettrolita, che alla fine porta a un brusco calo delle prestazioni di trasporto degli ioni.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Guasto del collettore di corrente: il collettore di corrente si corrode e l'adesione del collettore di corrente diminuisce. L'HF generato dal guasto dell'elettrolita corroder\u00e0 il collettore di corrente e generer\u00e0 composti con scarsa conduttivit\u00e0, con conseguente aumento del contatto ohmico o guasto del materiale attivo. Durante il processo di carica e scarica, la lamina di Cu viene dissolta a un basso potenziale e depositata sulla superficie dell'elettrodo positivo, che \u00e8 la cosiddetta "precipitazione di rame". La forma comune di guasto del collettore di corrente \u00e8 che la forza di legame tra il collettore di corrente e il materiale attivo \u00e8 insufficiente, il che provoca il distacco del materiale attivo e non pu\u00f2 fornire capacit\u00e0 per la batteria.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Aumento della resistenza interna<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

L'aumento della resistenza interna delle batterie al litio sar\u00e0 accompagnato da problemi di guasto come una diminuzione della densit\u00e0 energetica, una diminuzione della tensione e della potenza e la generazione di calore della batteria. I principali fattori che portano all'aumento della resistenza interna delle batterie agli ioni di litio sono suddivisi in materiali chiave della batteria e ambiente di utilizzo della batteria.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Materiali chiave della batteria: microcricche e rottura del materiale dell'elettrodo positivo, distruzione del materiale dell'elettrodo negativo ed eccessivo SEI superficiale, invecchiamento dell'elettrolita, separazione del materiale attivo e del collettore di corrente, deterioramento del contatto del materiale attivo e degli additivi conduttivi (inclusa la perdita di additivi conduttivi), foro di restringimento del diaframma ostruito, saldatura anomala delle linguette della batteria, ecc.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Ambiente di utilizzo della batteria: temperatura ambiente troppo alta\/bassa, sovraccarico e scarica eccessiva, velocit\u00e0 di carica e scarica elevata, processo di fabbricazione e struttura di progettazione della batteria, ecc.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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Cortocircuito interno<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

I cortocircuiti interni causano spesso autoscarica, degradazione della capacit\u00e0, fuga termica locale e incidenti di sicurezza nelle batterie agli ioni di litio.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Cortocircuito tra i collettori di corrente in rame\/alluminio: corpi estranei metallici non tagliati perforano il diaframma o l'elettrodo durante la produzione o l'uso della batteria e lo spostamento dei poli o delle linguette nel pacco batteria provoca il contatto tra i collettori di corrente positiva e negativa.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Cortocircuito causato da guasto del diaframma: invecchiamento del diaframma, collasso del diaframma, corrosione del diaframma, ecc. causeranno il guasto del diaframma. Il diaframma guasto perde l'isolamento elettrico o lo spazio diventa un micro-contatto tra gli elettrodi positivo e negativo. Quindi si verificher\u00e0 un forte riscaldamento locale e la carica e la scarica continue si diffonderanno all'ambiente circostante. , Con conseguente fuga termica.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Le impurit\u00e0 causano cortocircuiti: la mancata rimozione delle impurit\u00e0 dei metalli di transizione nella sospensione dell'elettrodo positivo causer\u00e0 la perforazione del separatore o favorir\u00e0 la formazione di dendriti di litio nell'elettrodo negativo, causando cortocircuiti interni.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Cortocircuito causato dai dendriti di litio: Litio<\/u><\/a>\u00a0I dendriti appariranno nei punti in cui le cariche locali sono irregolari durante il ciclo lungo e penetreranno nel diaframma causando cortocircuiti interni.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Nel processo di progettazione e fabbricazione della batteria o di assemblaggio del pacco batteria, una progettazione irragionevole o una pressione locale eccessiva possono anche causare cortocircuiti interni. Il cortocircuito interno si verificher\u00e0 anche sotto l'induzione di sovraelongazione e sovrascarica della batteria.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Produzione di gas<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Durante il processo di formazione della batteria, il fenomeno di produzione di gas che si verifica quando l'elettrolita viene consumato per formare una pellicola SEI stabile \u00e8 una normale produzione di gas, ma il fenomeno del consumo eccessivo di elettrolita e del rilascio di ossigeno dal materiale del catodo \u00e8 una produzione di gas anomala. Spesso si verifica nelle batterie soft pack, che causeranno una pressione interna della batteria troppo elevata e deformeranno, romperanno la pellicola di alluminio dell'imballaggio e causeranno problemi di contatto interno alla batteria.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Traccia di umidit\u00e0 nell'elettrolita o nel materiale attivo dell'elettrodo<\/u><\/a>\u00a0non \u00e8 essiccato, causando la decomposizione del sale di litio nell'elettrolita per produrre HF, corrodere il collettore di corrente Al, distruggere il legante e produrre idrogeno. La decomposizione elettrochimica di esteri o eteri a catena\/ciclici nell'elettrolita causata da un intervallo di tensione improprio produrr\u00e0 C2H4, C2H6, C3H6, C3H8, CO2, ecc.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Instabilit\u00e0 termica<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

La fuga termica si riferisce al rapido aumento della temperatura interna o complessiva dell' batteria agli ioni di litio<\/u><\/a>, e il calore non pu\u00f2 essere dissipato in tempo, e una grande quantit\u00e0 di esso si accumula all'interno e induce ulteriori reazioni collaterali. I fattori che inducono la fuga termica delle batterie al litio sono condizioni operative anomale, come abuso, cortocircuito, ingrandimento elevato, temperatura elevata, estrusione e agopuntura.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Litio<\/u><\/a><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

La precipitazione del litio \u00e8 la precipitazione di litio metallico sulla superficie dell'elettrodo negativo della batteria, che \u00e8 un fenomeno comune di invecchiamento e guasto delle batterie al litio. L'evoluzione del litio ridurr\u00e0 gli ioni di litio attivi nella batteria, causando un guasto della capacit\u00e0 e la formazione di dendriti che perforano il diaframma, il che causer\u00e0 una generazione eccessiva di corrente e calore locale e, in ultima analisi, causer\u00e0 problemi di sicurezza della batteria.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Sullo sfondo della crisi energetica e dell'inquinamento ambientale, le batterie agli ioni di litio, come fonte energetica ideale per lo sviluppo nel 21\u00b0 secolo, hanno ricevuto sempre pi\u00f9 attenzione. Tuttavia, alcuni fenomeni di guasto possono verificarsi nella produzione, nel trasporto e nell'uso delle batterie agli ioni di litio. Inoltre, il guasto di una singola batteria influir\u00e0 sulle prestazioni e [\u2026]<\/p>","protected":false},"author":5,"featured_media":5279,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","_seopress_titles_title":"Preventing Li-ion Battery Failure: Major Causes and Solution","_seopress_titles_desc":"How to Prevent Lithium-Ion Battery Failures: Understanding Causes, Safety Risks, and Effective Solutions for Longer, Safer Battery Life","_seopress_robots_index":"","site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"default","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"default","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"set","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-3980","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-mylion-news"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ygspower.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3980","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ygspower.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ygspower.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ygspower.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/users\/5"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ygspower.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3980"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ygspower.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3980\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":10607,"href":"https:\/\/ygspower.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3980\/revisions\/10607"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ygspower.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media\/5279"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ygspower.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3980"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ygspower.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3980"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ygspower.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3980"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}