鋰電池熱安全評估實驗室儀器解決方案

更新時間：2021-04-25 | 點擊率：2606

鋰電池熱安全(quan)評估實(shi)驗(yan)室儀器解決方案

1. 鋰電池熱失控研究

隨著鋰電池的大規模應用，其安全性能成為社會關注的重點。明確鋰離子(zi)電池發生(sheng)熱失控及熱擴散等行為的表征方(fang)法，系統地研究鋰離子電池熱失控及熱擴散機(ji)制，可實現對鋰離(li)子電池安全(quan)性的全面(mian)認識和電(dian)池安全(quan)性能可靠監管。現有的鋰電(dian)池熱(re)失(shi)(shi)控研究(jiu)主(zhu)要(yao)分為兩個方(fang)面(mian)：一(yi)方(fang)面(mian)為鋰電(dian)池熱(re)失(shi)(shi)控機制(zhi)(zhi)的研究(jiu)，包(bao)括鋰電(dian)池熱(re)失(shi)(shi)控誘因、材(cai)料熱(re)穩(wen)定性及電(dian)池系統反應熱(re)動力學等(deng)(deng)；另一(yi)方(fang)面(mian)為鋰電(dian)池熱(re)擴(kuo)散和(he)熱(re)蔓延性能研究(jiu)，包(bao)括鋰電(dian)池自身(shen)熱(re)擴(kuo)散能力、鋰電(dian)池組熱(re)蔓延的機制(zhi)(zhi)和(he)防(fang)治、鋰電(dian)池組熱(re)設計優化(hua)等(deng)(deng)。兩(liang)方面研究(jiu)的主(zhu)要思路是(shi)通過實(shi)(shi)驗獲得(de)鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)材料、鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)單體熱(re)(re)(re)(re)失控(kong)行(xing)為(wei)，分析鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)熱(re)(re)(re)(re)失控(kong)機制，結(jie)合(he)鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)熱(re)(re)(re)(re)物性參數，運用(yong)數值模擬(ni)仿真大規模鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)組熱(re)(re)(re)(re)蔓延、熱(re)(re)(re)(re)失控(kong)行(xing)為(wei)，優化鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)、鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)組熱(re)(re)(re)(re)設(she)計，實(shi)(shi)現鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)熱(re)(re)(re)(re)失控(kong)的(de)(de)有效防控(kong)。而可靠的(de)(de)實(shi)(shi)驗工具和豐富(fu)的(de)(de)實(shi)(shi)驗手段是獲得(de)準確的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)失控(kong)機制和熱(re)(re)(re)(re)物性參數的(de)(de)重要保障，也是開展鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)熱(re)(re)(re)(re)失控(kong)研究及(ji)熱(re)(re)(re)(re)管理優化設(she)計的(de)(de)前提。為(wei)此，杭州仰(yang)儀科技公(gong)司秉承讓日常生(sheng)產和生(sheng)活(huo)更(geng)安(an)全的(de)(de)使命，結(jie)合(he)前期(qi)在(zai)安(an)全領域的(de)(de)長期(qi)耕(geng)耘，為(wei)鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)研發、生(sheng)產及(ji)安(an)全檢測(ce)部(bu)門提供了從電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)原材料到大型(xing)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)組安(an)全檢測(ce)及(ji)熱(re)(re)(re)(re)物性測(ce)試的(de)(de)一整(zheng)套(tao)實(shi)(shi)驗方(fang)法和儀器解(jie)決方(fang)案(an)。

2.鋰電池熱安全評估儀器

2.1 鋰電池熱失控機制(zhi)測試儀器

為了獲得鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)熱(re)失控機制，需運用量熱(re)儀(yi)器及相應(ying)實驗(yan)開展從鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)材料到鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)單體及電(dian)(dian)池(chi)組(zu)的反應(ying)熱(re)動力(li)學研究，涉及的儀(yi)器主要包括檢測電(dian)池電(dian)解液閃(shan)燃點的微量連續閉口閃點測試儀（FP CC-420A）、測試(shi)電(dian)池(chi)熱失控(kong)行為(wei)的絕熱加速(su)量(liang)熱儀（BAC-90A、BAC520A）等。

2.2 鋰電池熱擴散及熱蔓延性能評估系統

熱物性參數和熱蔓延特性是開展鋰(li)(li)電(dian)池(chi)熱擴散及鋰(li)(li)電(dian)池(chi)模組間熱傳播數值研(yan)究的基(ji)礎。而(er)由于(yu)鋰(li)(li)電(dian)池(chi)的材料種類(lei)多樣、新穎及(ji)結(jie)構復雜，且無(wu)法(fa)從(cong)文獻中(zhong)獲(huo)得其(qi)熱物(wu)性數據(ju)，使得研究人員主要依靠經(jing)驗(yan)對鋰(li)(li)電池單體或(huo)鋰(li)(li)電池組(zu)傳熱(re)過程建模研究，結(jie)果可信性不高。針對這一(yi)情況(kuang)，仰儀科技基(ji)于主動熱(re)成像技術開展了鋰電池熱物性(xing)測試技術和裝置的研(yan)制。可(ke)在不拆解、不破壞試樣、不允(yun)許制樣的條件下實現形狀(zhuang)不規則樣品(pin)且各向異性的鋰電池熱(re)物性(xing)檢(jian)測。涉及(ji)的(de)裝置包括熱(re)導系(xi)(xi)(xi)數(shu)測試(shi)系(xi)(xi)(xi)統、電(dian)池模組熱(re)阻測試(shi)系(xi)(xi)(xi)統、石(shi)墨膜導熱(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)測試(shi)系(xi)(xi)(xi)統、單體及(ji)電(dian)池組熱(re)擴散測試(shi)系(xi)(xi)(xi)統等。

相關(guan)儀器的詳(xiang)細介紹請(qing)參閱本公司(si)網頁

3. 應(ying)用案例

3.1 鋰電池熱(re)失控行為測試

使用絕(jue)熱加速量熱儀在HWS模(mo)式(shi)下對2000mAh 18650型鋰電池(chi)熱進(jin)行安(an)全測試，結果如(ru)圖8所示。結果表明，2000mAh鋰電池起始分解溫度為88.819℃，大溫(wen)升(sheng)速率(lv)為102.836℃/min，絕熱溫升為308.523℃，高溫度為397.342℃。

圖8 2000mAh鋰電池熱失控(kong)時(shi)間-溫度(du)圖(tu)

使用絕熱加(jia)速量熱儀研究鋰電(dian)池在絕(jue)熱模式下(xia)以0.2C速(su)率充放電(dian)時的熱失控行為，結果如圖9所(suo)示。結(jie)果表明，鋰(li)電(dian)池在57.877℃開始反應，并逐漸(jian)達(da)到熱失(shi)控。

圖9 4800mAh鋰(li)電池熱失控時間-溫度-電壓-電流圖：其中藍(lan)色為(wei)鋰(li)電池溫度，黑(hei)色為(wei)電壓，紫(zi)色為(wei)電流

3.2 鋰電池電解液閃點測(ce)試

對某鋰電池生(sheng)產企業(ye)的15個電解液樣品進行閃點測(ce)試，測(ce)量結果見表(biao)1。

表1 鋰(li)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)解液閃點測試(shi)報告(gao)

3.3軟(ruan)包電芯導熱系數測試

對某動力(li)電池廠(chang)商生產的軟(ruan)包(bao)電芯(xin)進行導(dao)熱系數(shu)測(ce)試，并與(yu)常規(gui)的(de)測(ce)試方案進行結(jie)(jie)果(guo)比對，測(ce)量(liang)結(jie)(jie)果(guo)見表2。本公司儀器的測試(shi)結(jie)果更接近理論(lun)值。

表2 軟包電(dian)芯導熱系數(shu)測試結果