Caratterizzazione del comportamento di celle agli ioni di litio sottoposte a Ciclazione Galvanostatica e Nail Penetration Test = Characterisation of the behaviour of lithium ion cells subjected to Galvanostatic Cycling and Nail Penetration Test

La domanda di veicoli stradali alimentati a batteria agli ioni di litio continua ad aumentare in tutto il mondo. Di conseguenza, sarà sempre più probabile un coinvolgimento di tali veicoli in incidenti stradali. Questi eventi possono danneggiare la batteria agli ioni di litio e potenzialmente innescare incendi difficili da gestire (rilascio termico e sostanze tossiche); di conseguenza rappresentano una minaccia per gli occupanti e i soccorritori, nonché per coloro che sono coinvolti nelle operazioni post-incidente. Per utilizzare le batterie agli ioni di litio in sicurezza è necessario mantenere le celle in un range di tensione e temperatura definiti: tuttavia, crash o guasti, come anticipato, possono portare i parametri al di fuori di tale finestra operativa. Questo lavoro, dunque, approfondisce e fornisce informazioni di base sulle batterie agli ioni di litio e sulle possibili cause di fallimento, analizzando le conseguenze. Successivamente si descrivono le sperimentazioni condotte sottoponendo vari tipi di celle a diverse condizioni di abuso e di stress. Nello specifico, in prima battuta è stata eseguita una ciclazione galvanostatica su una cella prismatica Samsung BEV 50Ah in PHEV2, utilizzando un potenziostato / galvanostato multicanale ARBIN Instrument Testing System, modello BT-2000, attraverso cui è stato possibile visualizzare l’effetto della polarizzazione dovuto ai diversi cicli a cui era sottoposta la cella. Sono stati poi analizzati l’andamento della temperatura e della tensione nel tempo a diversi Crate e i valori di capacità di carica e scarica della cella all’aumentare del numero di cicli per ogni Crate. Successivamente una cella cilindrica ICR18650-26H e un’altra INR18650-29E sono state sottoposte a diverse prove di NPCO (Nail Penetration & Crush Option): in questo modo, è stato possibile visualizzare le diverse prestazioni delle celle, all’interno di un calorimetro adiabatico a velocità accelerata EV+-ARC, a seguito della penetrazione del chiodo. Si è potuto studiare l’andamento della temperatura e del tasso di temperatura nel tempo nelle diverse prove effettuate, così come la pressione e il tasso di pressione. Si sottolinea, infine, che le suddette prove sono state soggette a uno studio approfondito dell’incertezza delle misurazioni ottenute: è stata infatti eseguita la taratura delle termocoppie appartenenti al potenziostato / galvanostato multicanale ARBIN e la calibrazione dei canali dello stesso attraverso l’esperienza eseguita all’INRiM – Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica. In questo modo è stato possibile ottenere una maggiore accuratezza e precisione delle misurazioni effettuate.