バッテリーの短絡は重大な障害です。バッテリーに蓄えられた化学エネルギーが熱エネルギーの形で失われ、デバイスは使用できなくなります。同時に短絡による発熱も大きく、電池材料の性能が低下するだけでなく、熱暴走による発火や爆発につながる可能性もあります。短絡を構成する可能性のあるデバイス内の潜在的な状態を排除し、短絡が危険な動作状態を構成しないことを保証するために、COMSOL Multiphysics を使用してリチウムイオン電池の計画を検討できます。
バッテリーのショートはどのようにして起こるのでしょうか?
バッテリーは、貯蔵された化学エネルギーを電気エネルギーに変換することができます。通常の動作中、バッテリーの 2 つの電極は、負極の還元反応とアノードの酸化反応という電気化学反応を生成します。放電プロセス中、正極は 0.10 ～ 600、負極は正です。充電プロセス中に、2 つの電極の特性が切り替わります。つまり、正極は正、負極は負になります。
一方の電極は電子を回路に放出し、もう一方の電極は回路から電子を受け取ります。この有利な化学反応が回路内の電流を駆動するため、モーターや電球などのデバイスは、バッテリーに接続するとバッテリーからエネルギーを得ることができます。
いわゆる短絡とは、電子が電気機器に接続された回路を通らずに、2 つの電極間を直接移動することです。これらの電子は機械的な仕事をする必要がないため、抵抗は非常に小さくなります。その結果、化学反応が加速され、バッテリーは自己放電を開始し、有益な仕事をすることなく化学エネルギーを失います。ショートすると過電流により電池抵抗が発熱（ジュール熱）し、機器が損傷する恐れがあります。
バッテリーの機械的損傷は、ショートの原因の 1 つです。金属異物がバッテリーパックに穴を開けたり、バッテリーパックがこねられて損傷したりすると、内部に導電経路が形成され、短絡が発生します。「ピンプリックテスト」は、リチウムイオン電池の標準的な安全性テストです。テスト中、鋼鉄の針がバッテリーに突き刺さり、バッテリーがショートします。
バッテリーのショートを防ぐ
バッテリーまたはバッテリーパックは、バッテリーと導電性材料の同じパッケージが互いに接触しないようにする措置を含め、短絡から保護する必要があります。バッテリーは輸送用に箱に梱包されているため、箱内で互いに分離し、バッテリーを並べて置くときはプラス極とマイナス極が同じ方向を向くようにする必要があります。
電池のショートを防ぐ方法としては、次のような方法がありますが、これらに限定されるものではありません。
ａ．可能であれば、各セルまたは各バッテリー駆動デバイスに、非導電性素材で作られた完全に密閉された内部パッケージ (ビニール袋など) を使用してください。
b.バッテリーがパッケージ内の他のバッテリー、機器、または導電性材料 (金属など) と接触しないように、バッテリーを隔離または梱包する適切な手段を使用してください。
c.露出した電極またはプラグには、非導電性の保護キャップ、絶縁テープ、またはその他の適切な保護手段を使用してください。
外箱が衝突に耐えられない場合は、外箱のみで電池の電極の破損やショートを防止しないでください。バッテリーは動きを防ぐためにパッドも使用する必要があります。そうしないと、動きによって電極キャップが緩んだり、電極の方向が変わって短絡が発生したりします。
電極の保護方法には次のような対策が含まれますが、これらに限定されません。
ａ．十分な強度のあるカバーに電極をしっかりと取り付けます。
b.バッテリーは硬質プラスチックのパッケージに梱包されています。
c.パッケージを落としても電極が破損しないように、電池の電極を凹型にするなどの保護を行ってください。
投稿日時: 2023 年 2 月 7 日