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¿Es segura la batería de litio 32650?
- Aug 20, 2018 -

Introducción a la batería de litio 32650

Batería de litio 26650, actualmente utilizada para reemplazar las baterías tradicionales de níquel-cromo, níquel-hidrógeno, utilizadas en lámparas de minería, linternas, herramientas eléctricas, juguetes, instrumentación, energía de respaldo, equipos de comunicaciones, equipos médicos y luces militares.

La definición del modelo es: tipo 26650, que se refiere a la batería con un diámetro de 26 mm y una longitud de 65 mm. Generalmente se usa para nombrar baterías de litio, incluidas baterías de litio primarias y baterías de iones de litio. Una batería de litio común hecha de material de cátodo de níquel-cobalto-manganeso y material de fosfato de hierro y litio - INR26650-3.6V-4500mAh, IFR26650-3.2V-3200mAh.

Ventajas de la batería de litio 26650

Batería de litio 26650, actualmente utilizada para reemplazar la batería tradicional de níquel-cromo, níquel-hidrógeno, utilizada en lámparas de minería, linternas, herramientas eléctricas, juguetes, instrumentación, energía de respaldo, equipos de comunicaciones, equipos médicos y luces militares. Sus ventajas, en comparación con las baterías de níquel-cromo y níquel-hidrógeno, se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:

1. Alta densidad de energía y baja tasa de autodescarga

La capacidad de la batería de litio 26650 es 1.5-2 veces mayor que la de la misma batería de níquel e hidruro de metal. Al mismo tiempo, la resistencia interna de la batería de litio 26650 doméstica es inferior a 60mΩ, lo que reduce en gran medida el autoconsumo de la batería y puede extender la batería a la vez que prolonga el tiempo de uso. La vida de servicio.

2, el rendimiento de carga y descarga es estable

La batería de litio 26650 no tiene efecto de memoria, no se descompone cuando se expone al calor, tiene un alto rendimiento de seguridad y un ciclo de vida prolongado.

3, alto voltaje

El voltaje de la batería de litio 26650 es generalmente superior a 3.6 y 3.7V, que es mucho más alto que las baterías de níquel-cromo y níquel-hidrógeno.

4, se puede utilizar en serie o en paralelo para formar un paquete de baterías de litio 18650

5, protección del medio ambiente y contaminación

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Principio y proceso de carga y descarga de la batería de litio 26650

La razón por la que la batería de litio 26650 se puede cargar y descargar es que se mueve con los iones de litio activos en su electrodo positivo. Es decir, cuando la batería está cargada, se generan iones de litio activos en el electrodo positivo de la batería de litio, se mueven al electrodo negativo y se incrustan en la estructura estratificada del electrodo negativo. El sistema material del electrodo negativo es grafito, que es un carbono estratificado. Tiene muchos microporos. Cuando los iones de litio se mueven hacia el electrodo negativo, están incrustados en los microporos. Cuantos más iones de litio estén incrustados en los microporos, mayor será la capacidad de carga.

De la misma manera, cuando la batería se descarga, los iones de litio incrustados en la capa de carbono del electrodo negativo se liberan y se mueven al electrodo positivo, y cuantos más iones de litio regresan al electrodo positivo, mayor es la capacidad de descarga. El tamaño de la batería de litio 26650 a la que generalmente nos referimos es la capacidad de descarga.

Análisis de seguridad de la batería de litio cilíndrica 32650

Una batería de iones de litio de potencia generalmente se refiere a una batería de iones de litio que puede alimentar un dispositivo, un instrumento, un vehículo y similares mediante una gran descarga de corriente. Las baterías de iones de litio de alta potencia se han utilizado ampliamente debido a su alta energía específica, alta carga y descarga de corriente y una larga vida útil del ciclo. Las baterías de iones de litio de alta potencia se clasifican en tres tipos: ternario, cobalto de litio, manganato de litio, fosfato de hierro y litio, etc. según diferentes materiales de electrodos positivos; se clasifican en baterías prismáticas (prismaTIc) y baterías cilíndricas (cilíndricas) según la forma. Para mejorar el rango de crucero, la potencia de la batería de iones de litio de potencia a través de la combinación serie-paralelo es generalmente grande, y la capacidad varía desde unas pocas amperios-hora hasta varios cientos de amperios-hora, y el voltaje varía desde unos pocos voltios a varios cientos de voltios. A medida que aumenta la energía de transporte, aumenta el riesgo potencial de la batería. Por lo tanto, cómo mejorar la seguridad de las baterías de energía se ha convertido en un prerrequisito importante para el desarrollo continuo de vehículos eléctricos. En el desarrollo de baterías de litio de potencia, ha habido dos direcciones de desarrollo. Una dirección es una celda individual grande, que se combina en pequeños paralelos; una dirección es una celda individual pequeña, que se combina en una gran cantidad de paralelos. Corea del Sur LG, el representante nacional de BYD de la compañía es una ruta generosa; los Estados Unidos A123, el representante nacional de Wattma está tomando una pequeña ruta cilíndrica. Estas dos rutas actualmente no son concluyentes, y los diferentes fabricantes de baterías de energía eligen diferentes rutas de proceso según su propio entendimiento. Sin embargo, en términos del indicador de seguridad, la diferencia entre los resultados de las dos rutas es muy grande. Este documento compara y analiza la estructura y el rendimiento de las baterías de potencia, especialmente la seguridad, para ilustrar las ventajas de seguridad de las pequeñas baterías cilíndricas en vehículos eléctricos.

Análisis comparativo de la estructura y el rendimiento de la batería

Las baterías cilíndricas y las baterías cuadradas son actualmente las dos direcciones principales de la industria. La estructura básica de una batería cilíndrica se muestra en la Figura 1. Los electrodos positivo y negativo están separados por un separador, y un núcleo de bobinado está formado por un bobinado. Por lo general, las piezas polares positivas y negativas se sueldan con polos positivo y negativo y se conducen respectivamente a través de ambos lados. Las pestañas están soldadas a las carcasas positivas y negativas. El electrolito se llena en la carcasa. La Figura 2 muestra una estructura de batería cuadrada. La estructura de la batería cuadrada se divide en una estructura laminada y una estructura enrollada. La batería de iones de litio tipo chip laminado está compuesta de n hojas de electrodos positivas y n + 1 hojas de electrodos negativos para formar una celda de batería, y los electrodos positivo y negativo están separados por un diafragma, y están reservados en un lado de los positivos y negativos electrodos, respectivamente. Las regiones de oreja positiva y negativa se extienden simétricamente desde los lados del núcleo cuando las células núcleo están apiladas. La estructura de bobinado de la batería prismática es similar a la de la batería cilíndrica, con la diferencia de que el núcleo es una forma plana más que cilíndrica. Debido a la diferencia de forma de la batería cilíndrica y la batería cuadrada, la estructura es muy diferente. En general, las baterías cilíndricas no pueden hacerse demasiado grandes debido a la densidad de corriente del núcleo y la disipación de calor. La batería cuadrada puede aumentar la capacidad al aumentar la longitud y el ancho en la premisa de que el grosor es apropiado. Su capacidad de monómero generalmente puede exceder 10 veces la de las baterías cilíndricas. La Tabla 1 muestra la comparación de rendimiento de baterías cilíndricas y cuadradas. Se puede ver que las dos baterías tienen sus propias características. La estructura de la batería cilíndrica es simple en diseño, la interfaz entre los electrodos positivo y negativo es estrecha, la línea de producción está madura, el costo es bajo, la disipación de calor en grupos es buena y el rendimiento de seguridad es excelente. La desventaja es que la resistencia interna es relativamente alta y los requisitos del grupo son altos. La ventaja de la batería cuadrada es que la combinación de una sola capacidad grande es simple. La desventaja es que el proceso de producción es complicado y la consistencia de las celdas de batería de gran capacidad es difícil de controlar. Además, el caparazón cuadrado es propenso a la concentración de tensiones, el caparazón se rompe fácilmente y la salpicadura del electrolito causa riesgos de seguridad.

Desde la perspectiva del mercado global de aplicaciones, las baterías cuadradas de gran capacidad y las baterías cilíndricas de pequeña capacidad tienen aplicaciones en el campo de la energía. En la actualidad, la empresa de referencia de la industria de la batería de fosfato de hierro de litio, el producto principal de American A123 es la batería cilíndrica de 18650/26650/32113, la capacidad del monómero es de 2.5Ah-5Ah.

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Análisis de comparación de seguridad

1. Comparación de seguridad en casos extremos

La seguridad de las baterías eléctricas en condiciones extremas, como accidentes graves en vehículos, es el problema más preocupante porque está directamente relacionado con la seguridad de la vida y la propiedad. La batería cilíndrica tiene una capacidad pequeña y cumple con los requisitos de la capacidad y el voltaje de la batería de potencia por combinación en serie. Tome la batería 32650 actual como ejemplo, la capacidad de la batería es de solo 5 Ah. La capacidad de las celdas de batería generosas generalmente excede varias decenas de amperios, y algunas alcanzan más de 100 Ah. En la situación extremadamente peligrosa de colisión de la batería, extrusión, etc., la pequeña batería cilíndrica libera mucha menos energía que la batería cuadrada. En la actualidad, el electrolito de la batería Waterma 5Ah es de solo 20 gramos, mientras que la batería de tipo grande, como el monómero de 50 Ah, tiene un volumen de electrolito de más de 200 gramos. La cantidad de electrolito de la celda individual prismática es 10 veces o más que la de la batería cilíndrica pequeña. Una vez que una sola celda tiene una fuga en un accidente, el grado de combustión causado por la fuga de electrolito será más de 10 veces mayor que la de una batería cilíndrica pequeña. En este sentido, las pequeñas baterías cilíndricas son mucho más seguras que las grandes. Cuando se destruye una batería cilíndrica pequeña, su poder de combustión es mucho menor que la de una batería cuadrada grande. Al separar y proteger una sola batería, hay un problema con una batería y no afecta a otras. La seguridad de la batería se mejora enormemente al dispersar la energía.

Las baterías cilíndricas y cuadradas funcionan de forma bastante diferente en términos de impacto. La batería cilíndrica tiene una mejor resistencia a la deformación que la batería cuadrada, y la fuerza es uniforme en todas las direcciones. La capacidad de retención de deformación es la mejor entre toda la tecnología central actual. Con el tapón combinado de seguridad de desarrollo propio, la seguridad es extremadamente alta. Gran mejora. Incluso en el proceso de colisión y extrusión a alta velocidad, la batería cilíndrica tiene una cierta deformación, pero no se quemará. Para la batería cuadrada, el lado más grande es fácil de deformar. Durante el proceso de colisión y extrusión a alta velocidad, la carcasa de la celda no puede garantizar la estructura interna del pozo de la celda, lo que conduce fácilmente a la desalineación de las placas internas positivas y negativas. El impacto de la celda cuadrada no puede responder rápidamente.

Además, para las celdas cuadradas grandes, debido a su gran área lateral, la probabilidad de impactar a otros objetos es mucho mayor. Por lo tanto, en un accidente de seguridad, la posibilidad de que una sola celda se dañe y cause un cortocircuito es mayor que eso. Las pequeñas baterías cilíndricas son mucho más grandes. Para una combinación pequeña de batería cilíndrica, una vez que la caja de la batería sufre un impacto violento, el primer lugar donde se desconecta la pequeña batería cilíndrica puede ser el punto de remachado de cada celda de batería individual, y dado que el volumen de la celda es pequeño, la posibilidad más grande debe ser aplastado. La batería ha fallado. Esto es de gran importancia para mejorar la seguridad de la batería de alimentación. Por lo tanto, un paquete de baterías que utilice un paquete de baterías cilíndricas de poca capacidad puede proporcionar un mayor tiempo de escape en caso de accidente en un vehículo. Según la prueba de Watmar, la batería se incineró en un incendio y el electrolito se pulverizó durante un período de 10 minutos.

2. Comparación de la disipación de calor

En términos de disipación de calor de la unidad, debido a las diferentes formas de la batería cilíndrica y la batería cuadrada, el rendimiento de disipación de calor es bastante diferente. Tomando como ejemplo una batería cuadrada de 50 Ah, la relación de capacidad del área superficial es de aproximadamente 1x10-3m2 / Ah; y la batería cilíndrica 32650-5Ah tiene una relación de capacidad de área superficial de aproximadamente 1.6x10-3m2 / Ah; en comparación, es 60% más grande. Las baterías pequeñas cilíndricas tienen una ventaja natural en términos de disipación de calor bajo las mismas condiciones externas.

Cuando se combinan las baterías cilíndricas, hay un espacio longitudinal entre las baterías, que proporciona una ruta de disipación de calor natural para la disipación de calor de la batería. Teóricamente, el área de sección transversal de disipación de calor es de al menos 15.9% (estrechamente alineada) y 21.9% (disposición cúbica). La Figura 3 es un diagrama físico de la estructura combinada de una batería cilíndrica Wattmar. Se puede ver que la combinación tiene un buen canal de disipación de calor. El canal de disipación de calor natural de la combinación de batería cilíndrica asegura el efecto de disipación de calor de la batería y mejora la seguridad de la batería.

3. Comparación de los mecanismos de seguridad

Ambas configuraciones de batería tienen una válvula de seguridad a prueba de explosiones. La válvula de seguridad de la batería cuadrada generalmente se encuentra en el lado del extremo, y el área de la válvula es más grande que la válvula de seguridad de la batería cilíndrica. Sin embargo, si se tiene en cuenta la capacidad de la batería, es decir, el área de la válvula por unidad de capacidad, la batería cuadrada es mucho más pequeña que la batería cilíndrica. Una vez que la batería falla, especialmente en situaciones de impacto extremo, la válvula cuadrada de seguridad de la batería es menos efectiva que una pequeña batería cilíndrica. La tapa de combinación de batería cilíndrica tiene tanto una válvula de seguridad a prueba de explosiones como un dispositivo de corte de corriente CID (dispositivo CurrenTInterrupt), como se muestra en la FIG. Esto rara vez se usa en baterías cuadradas. Cuando se produce un cortocircuito externo o cuando la presión interna de la batería alcanza un valor de advertencia de seguridad de 1.2 MPa, el dispositivo CID se inicia primero, los polos positivo y negativo se desconectan, la corriente se corta automáticamente y el circuito interno de la batería la batería está desconectada; cuando la presión interna de la batería es de 1.8 MPa, se emite la advertencia de seguridad. Cuando se alcanza el valor, la válvula de seguridad de la válvula de alivio se abrirá y el gas se descargará para evitar el riesgo de explosión. En la actualidad, la tecnología de casquillo combinado de seguridad está madura y la seguridad del núcleo cilíndrico de la batería está garantizada.

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4. Comparación de consistencia grupal

Es bien sabido que la consistencia de una sola batería tiene una gran influencia en diversos aspectos, como la vida y la seguridad del paquete de baterías. La complejidad del proceso de producción de la batería generosa determina la consistencia de la celda individual actual. La consistencia de la batería después de la agrupación afecta directamente la seguridad. Debido a la pequeña capacidad, la batería con alta resistencia interna está más expuesta al riesgo de sobrecarga y descarga. El proceso de producción de baterías cilíndricas está maduro y la consistencia de la batería es alta. Después de ensamblar la batería, la probabilidad de una batería de baja capacidad es baja. Incluso con baterías de baja capacidad, los efectos de inconsistencia se eliminan en gran medida por la autoe igualación debido a múltiples conexiones paralelas.

5. prueba de seguridad de la batería cilíndrica

Con el fin de verificar la seguridad de la batería cilíndrica, la batería de la unidad cilíndrica y el paquete de baterías fueron probados por seguridad. La figura 5 es una fotografía de un experimento perforado con aguja de un paquete de batería cilíndrica. Cuando la uña de acero penetra en la batería, el electrolito en la batería pierde, la temperatura de la superficie de la batería aumenta bruscamente, la tensión cae lentamente, una pequeña cantidad de humo blanco se emite por la vaporización del electrolito y la manga de plástico aislante para la envoltura de la batería se funde a una temperatura alta durante aproximadamente 10 minutos. Después de que el fenómeno desapareció, el voltaje final de la batería de cortocircuito cayó a cero, y la temperatura máxima del proceso se elevó a 141 ° C. La batería no explota y no se quema. Totalmente compatible con los estándares UL2580 (y SAEJ2464). La Figura 6 es una fotografía del paquete de batería cilíndrico antes y después de la prueba de impacto. Después de que la batería es golpeada por objetos pesados, la batería está obviamente dañada, pero la batería no tiene fuego, no hay fugas, no hay humo o explosión, y el voltaje de la batería prácticamente no se modifica. Cumple con el estándar UL1642. La Tabla 2 muestra los elementos de prueba de seguridad para el paquete de batería. A partir de los resultados medidos, la batería cilíndrica mostró un buen rendimiento de seguridad. La Figura 7 muestra una foto más detallada del proceso de prueba de incineración. A partir de los resultados medidos, la temperatura de la superficie de la batería del disco de ruptura de la batería es de aproximadamente 240 ° C, la batería libera gas, el electrolito se quema parcialmente y no hay explosión. La estructura de la carcasa de la batería no se dañó después de que se extinguió la llama. De acuerdo con los requisitos de UL1642, "todas y parte de las celdas no deben penetrar en la malla de alambre durante el experimento", y los resultados de seguridad cumplen con el estándar UL.

En la actualidad, las pequeñas baterías cilíndricas se han utilizado ampliamente en vehículos eléctricos. Con el fin de verificar la seguridad de las baterías en accidentes automovilísticos, se ha probado la colisión del vehículo. Los criterios de colisión se basan en C-NCAP. El vehículo fue objeto de una colisión frontal con una velocidad de 50 km / hy una superposición del 100% con un obstáculo fijo rígido. La colisión de desplazamiento frontal con una velocidad de 56 km / h para un obstáculo deformable con una tasa de superposición del 40% y un obstáculo de movimiento deformable con una velocidad de 50 km / hy una colisión lateral del vehículo. La Figura 8 es una fotografía de todo el vehículo después de la colisión. Después de la colisión, se sacó el vehículo para probarlo, y el paquete de baterías estaba básicamente intacto, sin humo, sin combustión. La prueba de choque del vehículo verificó las ventajas de seguridad de las pequeñas baterías cilíndricas utilizadas en vehículos eléctricos.

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La batería se llenó a 280 V (78 cuerdas) a 3 A (0,6 ° C) a temperatura ambiente y, después de reposar durante 30 minutos, se dejó caer libremente desde una altura de 1 m con un peso de 10 kg y golpeó la batería. (a) antes de la prueba; (b) después de la prueba.

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Conclusión

La batería cilíndrica de fosfato de hierro 32650-5Ah tiene altas características de seguridad en aplicaciones eléctricas como vehículos eléctricos. Esto se debe a factores como la pequeña capacidad de la celda individual, el diseño estructural razonable y la estructura de combinación segura. La batería de poder de fosfato de hierro y litio se aplica al campo de potencia en forma de combinación serie-paralelo y es la dirección de desarrollo futura.


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