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二次電池 CAE

リチウムイオン電池安全性試験シミュレーション 内部短絡による熱暴走

リチウムイオン電池の安全性シミュレーション技術により、現象の把握、設計・評価の効率化への寄与を目指 しています。 特に、内部短絡では外部安全回路や物理的な保護によるコントロールが難しいため、シミュレーションによる 各種熱暴走要因の解明が重要と考えています。

内部短絡シミュレーションの手順

内部短絡シミュレーションの手順

正極LiCo2,負極グラファイト,電解液EC/DECの円筒形電池(18650)の解析例

電極材料DSCによる反応熱測定
電極材料DSCによる反応熱測定
化学反応へのフィッテング
化学反応へのフィッテング
加熱オープン試験シミュレーション結果
加熱オープン試験
シミュレーション結果
加熱オープン試験断熱型加速熱量計試験結果
加熱オープン試験
断熱型加速熱量計試験結果
内部短絡シミュレーション釘刺し試験での温度変化
内部短絡
シミュレーション釘刺し試験での温度変化
釘刺し試験シミュレーション結果
釘刺し試験
シミュレーション結果

加熱オーブン試験シミュレーションでは、目標温度145℃では自己発熱による暴走には至らない。 目標温度155度では、熱暴走が達し、表面温度が急激に上昇することになります。 実証実験でも、150℃を超え熱暴走しており、シミュレーションによる予測温度が妥当であることが判ります。 釘刺試験シミュレーションでは、太さ2.5mmの釘を電池中央部に貫通した状態で解析しました。 図は発熱100Wの解析例ですが、温度分布と負極の反応率を示しています。釘近傍から端子部に向かい、 反応領域が移動し、高温となってゆくことが可視化されています。

リチウムイオン電池の熱シミュレーションでは、部材の熱物性、軸方向/周方向の熱伝導性の差、ケース材料やケース外側のラベルやシールの影響をはじめ、放電発熱、放電による電圧降下、セパレータのシャットダウン、ガス発生と圧力解析、有機溶媒の分解・酸化挙動、等を考慮した解析も実施しております。材料や構造を変更する際、安全サイドへの変更か不安全サイドへの変更か、予め知ることが可能となります。

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