Causas e medidas preventivas para baixo isolamento em baterias quadradas de lítio
May 25, 2026
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Com o rápido desenvolvimento de novos veículos de energia, usinas de armazenamento de energia e indústrias de eletrônicos de consumo, as baterias de íons de lítio se tornaram o principal dispositivo de armazenamento de energia devido à sua alta densidade de energia, ciclo de vida longo e excelente desempenho de taxa. Entre elas, as baterias prismáticas de lítio, com sua estrutura simples e forte estabilidade de embalagem, são cada vez mais utilizadas na área de baterias automotivas. O invólucro de alumínio da bateria prismática de lítio convencional, com suas características leves e de alta -resistência, tornou-se a principal estrutura de suporte para células prismáticas. No entanto, durante a produção e o uso, problemas como isolamento deficiente, corrosão do invólucro e micro{5}}curtos-circuitos podem facilmente levar ao vazamento da bateria, falha do sistema e até riscos de fuga térmica, afetando seriamente a segurança geral e a vida útil da bateria.
Em aplicações-de baterias de energia produzidas em massa, valores baixos de isolamento do módulo são um problema de qualidade frequente que pode causar diretamente mau funcionamento do veículo e desligamentos do sistema de bateria. Através da solução de problemas de casos de falha típicos, descobriu-se que a resistência de isolamento do módulo defeituoso era de apenas 0,113MΩ, muito abaixo do padrão da indústria. A inspeção visual não revelou anormalidades no chicote elétrico ou nos conectores, e a película protetora externa da célula estava intacta. Apenas a parte inferior de uma única célula apresentava vazamento óbvio de eletrólito e marcas de corrosão no invólucro. O invólucro de alumínio da bateria de lítio envolvido nesta falha não apresentou nenhum dano físico. A causa raiz da falha estava concentrada no isolamento anormal dentro da tampa superior da célula, que é um típico defeito oculto do processo.
Os dados dos testes de desempenho elétrico mostraram que os parâmetros de tensão e resistência interna da célula defeituosa estavam dentro da faixa normal, e os testes elétricos convencionais não conseguiram identificar o perigo oculto. No entanto, a tensão terminal negativa da célula foi significativamente inferior ao valor padrão. A desmontagem e o teste revelaram condutividade anormal entre o terminal negativo e a tampa superior. A tomografia computadorizada confirmou que objetos metálicos estranhos estavam embutidos dentro da camada de isolamento da tampa superior, quebrando diretamente a estrutura de isolamento entre o terminal e o invólucro. Esse defeito é comum na produção em massa de vários invólucros de alumínio para células prismáticas de íons de lítio e é uma falha oculta causada por negligência no controle de objetos estranhos no processo.
O rastreamento do processo de produção revelou que os objetos metálicos estranhos se originaram principalmente de dois processos de alto-risco. Primeiramente, nas etapas de moldagem por injeção e prensagem, a folga entre as arestas de corte da matriz de obturação do terminal negativo era muito grande, gerando aparas de cobre e rebarbas metálicas durante o processo de prensagem. Em segundo lugar, partículas de aço inoxidável foram misturadas à matéria-prima isolante do PPS e, após a moldagem por injeção, fragmentos de metal foram incorporados dentro da camada de isolamento. Ao mesmo tempo, os métodos abertos de secagem e alimentação levaram facilmente à inalação de pó de metal suspenso na oficina, aumentando ainda mais a probabilidade de impurezas serem misturadas na camada de isolamento da tampa superior do invólucro de alumínio da célula de energia de lítio.
Este tipo de falha de isolamento é caracterizada por indução lenta e falha retardada, e não é um defeito imediato de fábrica. A célula passa no teste de isolamento de tensão suportável de 500 V na fábrica, mas pequenos detritos metálicos dentro da camada de isolamento não podem ser detectados. Após a montagem e soldagem da bateria, as altas temperaturas derretem a camada de isolamento PP da tampa superior e os detritos metálicos são deslocados com o fluxo do colóide. Após o resfriamento, o plástico encolhe, formando pequenas lacunas. A vibração durante a operação do equipamento causa condutividade intermitente entre os terminais e a tampa superior, acionando continuamente micro-curtos-circuitos, levando gradualmente à corrosão eletroquímica e ao vazamento de eletrólito no invólucro de alumínio de uma bateria de íon-de lítio-de célula única.
A corrosão do invólucro de alumínio nas baterias de lítio possui um mecanismo eletroquímico claro, exigindo o cumprimento simultâneo das condições de curto-circuito eletrônico e iônico. Em condições normais, o invólucro da bateria está com alto potencial e completamente isolado do eletrodo negativo; uma vez que um objeto metálico estranho causa condutividade entre o terminal e o invólucro, o potencial do invólucro de alumínio diminui rapidamente, criando condições para corrosão por litiação. Depois que o invólucro entra em contato com os íons de lítio no eletrólito, ocorre uma reação redox, formando gradualmente uma liga de alumínio-lítio, em conformidade com a lógica principal de falha por corrosão dos invólucros de alumínio para células prismáticas de fosfato de ferro-lítio.
O processo de corrosão da casca consiste em três estágios: redução da alumina superficial, formação de liga de lítio e corrosão eletroquímica profunda. À medida que a reação de intercalação do lítio continua, os produtos de corrosão combinam-se com o ar e o dióxido de carbono para formar sais alcalinos, acelerando a erosão e o vazamento da casca. Como o revestimento externo da célula fornece isolamento completo, com apenas uma lacuna de montagem pré{2}}perfurada e um orifício de posicionamento na parte inferior, os problemas de corrosão, vazamento e falha de isolamento estão concentrados principalmente na área inferior do invólucro de alumínio da célula de íon de lítio.
Para abordar a causa raiz da introdução de corpos estranhos metálicos, a indústria precisa otimizar o controle do processo em todo o processo. Isto pode ser conseguido atualizando os materiais do molde, reduzindo a folga da lâmina e adicionando um processo de rebarbação e polimento para eliminar detritos metálicos gerados durante o processamento do eletrodo; adição de um processo de separação e teste de metal de matéria-prima para filtrar impurezas de matéria-prima PPS; e modificar o equipamento de secagem e sucção para adotar um modo de operação-de circuito fechado, reduzindo de forma abrangente o risco de contaminação por materiais estranhos durante a produção de invólucros de alumínio para caixas de baterias prismáticas e cilíndricas.
A otimização dos padrões de teste é o principal meio de interceptar falhas latentes. O teste de tensão suportável de 500 V existente não consegue penetrar em pequenas lacunas de isolamento e é insuficiente para detectar defeitos de detritos metálicos incorporados. Mantendo os padrões de teste originais, foi adicionado um novo processo de inspeção de acabamento completo-de alta-tensão de 1.500V e corrente de 2mA, que pode identificar com eficácia problemas de isolamento anormais na tampa superior, interceptar células defeituosas com precisão e melhorar significativamente a taxa de aprovação de fábrica e a estabilidade operacional-de longo prazo das células correspondentes para a caixa da bateria de estampagem profunda de alumínio.
Em resumo, a principal causa do baixo isolamento e da corrosão do invólucro em baterias quadradas de lítio é a falta de controle sobre objetos metálicos estranhos durante o processo de produção. Micro{1}}curtos-circuitos ocultos podem induzir gradualmente falhas na bateria e riscos à segurança. Na produção em massa de baterias de energia, o controle de matérias-primas, a otimização de processos e atualizações de testes de alta-tensão são indispensáveis. Somente estabelecendo um sistema abrangente de controle de qualidade os problemas de falha de isolamento em vários invólucros de alumínio de bateria de célula seca de lítio podem ser evitados em sua fonte, garantindo a operação segura e estável do sistema de bateria de energia.
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