鋰(li)電池熱(re)安全評(ping)估實驗室儀器解決方(fang)案(an)

1. 鋰電池熱失控研究

隨(sui)著鋰(li)電池(chi)的(de)大規模應用，其(qi)安全性(xing)能(neng)成(cheng)為社會(hui)關注的重點。明確(que)鋰離子電池(chi)發(fa)生熱(re)失控及熱(re)擴(kuo)散等行為的(de)表(biao)征方(fang)法，系(xi)統地研究鋰離子電(dian)池熱失控及熱擴散機制(zhi)，可實現對鋰(li)離子電池安(an)全性的全面(mian)認識和(he)電池(chi)(chi)安(an)全性能(neng)可(ke)靠監管。現有的鋰(li)電池(chi)(chi)熱(re)失(shi)控研究(jiu)主要分為(wei)兩個方(fang)面：一方(fang)面為(wei)鋰(li)電池(chi)(chi)熱(re)失(shi)控機制的研究(jiu)，包括(kuo)鋰(li)電池(chi)(chi)熱(re)失(shi)控誘因(yin)、材料熱(re)穩定(ding)性及電池(chi)(chi)系統反應(ying)熱(re)動(dong)力學等(deng)；另一方(fang)面為(wei)鋰(li)電池(chi)(chi)熱(re)擴散(san)和熱(re)蔓(man)延性能(neng)研究(jiu)，包括(kuo)鋰(li)電池(chi)(chi)自身熱(re)擴散(san)能(neng)力、鋰(li)電池(chi)(chi)組(zu)熱(re)蔓(man)延的機制和防治、鋰(li)電池(chi)(chi)組(zu)熱(re)設計優化等(deng)。兩方面研(yan)究的(de)主要(yao)思路是通過實(shi)驗獲得鋰(li)(li)(li)電池(chi)材(cai)料、鋰(li)(li)(li)電池(chi)單體熱(re)失(shi)控(kong)行為(wei)，分析鋰(li)(li)(li)電池(chi)熱(re)失(shi)控(kong)機制，結合鋰(li)(li)(li)電池(chi)熱(re)物性(xing)參數，運用數值(zhi)模擬仿真大規模鋰(li)(li)(li)電池(chi)組熱(re)蔓延、熱(re)失(shi)控(kong)行為(wei)，優化鋰(li)(li)(li)電池(chi)、鋰(li)(li)(li)電池(chi)組熱(re)設(she)計，實(shi)現鋰(li)(li)(li)電池(chi)熱(re)失(shi)控(kong)的有效防(fang)控(kong)。而可(ke)靠的實(shi)驗工具和豐(feng)富的實(shi)驗手段(duan)是(shi)獲得準確(que)的熱(re)失(shi)控(kong)機制和熱(re)物性(xing)參數的重要保障，也是(shi)開展(zhan)鋰(li)(li)(li)電池(chi)熱(re)失(shi)控(kong)研(yan)究及熱(re)管(guan)理優化設(she)計的前提。為(wei)此，杭州(zhou)仰儀(yi)(yi)科技公(gong)司秉承讓日(ri)常生產和生活更安(an)(an)全(quan)的使命，結合前期在(zai)安(an)(an)全(quan)領域的長期耕耘(yun)，為(wei)鋰(li)(li)(li)電池(chi)研(yan)發、生產及安(an)(an)全(quan)檢測部門提供了從電池(chi)原材(cai)料到大型電池(chi)組安(an)(an)全(quan)檢測及熱(re)物性(xing)測試的一整套實(shi)驗方法和儀(yi)(yi)器解決方案。

2.鋰電池熱安全評估儀器

2.1 鋰電池熱失(shi)控機制測試儀器(qi)

為了(le)獲(huo)得鋰(li)電池(chi)熱(re)失控機制(zhi)，需運用量熱(re)儀器及相應(ying)實驗開展從鋰(li)電池(chi)材料到鋰(li)電池(chi)單體(ti)及電池(chi)組的反應(ying)熱(re)動力學研(yan)究(jiu)，涉(she)及的儀器主要包括檢測電池電解液閃燃(ran)點(dian)的微(wei)量連續閉口閃點(dian)測試儀（FP CC-420A）、測試電池熱失控行為(wei)的絕熱(re)(re)加(jia)速量熱(re)(re)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(wu)性參(can)數和熱蔓延特性是(shi)開展鋰電池熱擴(kuo)散及鋰電池模組間熱傳播數值研(yan)究(jiu)的基礎。而由于鋰電池的(de)材料種類(lei)多樣、新穎(ying)及結構復雜，且(qie)無法(fa)從文(wen)獻中獲得其熱物(wu)性數據，使得研究人員(yuan)主要依靠經驗對鋰電池(chi)單體(ti)或鋰電池(chi)組傳熱過(guo)程建模研(yan)究，結果可信性不高(gao)。針對這一(yi)情(qing)況，仰儀(yi)科技基于(yu)主(zhu)動熱成像技術開展了鋰電池(chi)熱物性(xing)測試(shi)技術和裝置的研制(zhi)。可在不(bu)拆解(jie)、不(bu)破壞試(shi)樣、不允許(xu)制樣的條件下實現形狀不規(gui)則樣品且各(ge)向異性的鋰電池熱(re)(re)物性檢測(ce)(ce)(ce)。涉及(ji)的裝置(zhi)包括熱(re)(re)導系數測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)系統(tong)(tong)(tong)、電池模組(zu)熱(re)(re)阻測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)系統(tong)(tong)(tong)、石(shi)墨膜導熱(re)(re)系數測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)系統(tong)(tong)(tong)、單(dan)體及(ji)電池組(zu)熱(re)(re)擴散測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)系統(tong)(tong)(tong)等。

相關儀器(qi)的詳細(xi)介紹請參(can)閱本公司網(wang)頁

3. 應用(yong)案例

3.1 鋰電池熱(re)失控行(xing)為(wei)測(ce)試(shi)

使(shi)用絕熱加速量熱儀在HWS模式下對2000mAh 18650型鋰電池(chi)熱進行(xing)安全測(ce)試，結果(guo)如圖8所示。結果表明，2000mAh鋰(li)電池(chi)起(qi)始分解溫度(du)為88.819℃，大溫升速率為102.836℃/min，絕熱溫升為308.523℃，高溫度為397.342℃。

圖8 2000mAh鋰電池熱失(shi)控(kong)時間(jian)-溫(wen)度圖

使用絕熱加速量熱儀研(yan)究鋰電池(chi)在絕(jue)熱(re)模(mo)式下(xia)以0.2C速率充放(fang)電時的熱失(shi)控行為，結果如圖9所示。結果表(biao)明，鋰電(dian)池在57.877℃開(kai)始(shi)反應(ying)，并逐漸達到熱失控。

圖(tu)9 4800mAh鋰電池熱(re)失控時間-溫度(du)-電壓-電流圖(tu)：其中藍(lan)色(se)為(wei)鋰電(dian)(dian)池溫(wen)度，黑色(se)為(wei)電(dian)(dian)壓，紫色(se)為(wei)電(dian)(dian)流

3.2 鋰電池(chi)電解(jie)液閃點測(ce)試(shi)

對某鋰電池生產企業的15個電解(jie)液樣品進行閃點(dian)測試，測量結(jie)果(guo)見表1。

表(biao)1 鋰電池電解液(ye)閃點測試報告

3.3軟(ruan)包電芯導熱系數測(ce)試

對(dui)某動力電池(chi)廠(chang)商生產(chan)的(de)軟包電芯進(jin)行導熱系數測試(shi)，并與常規的測試(shi)方(fang)案進(jin)行(xing)結果比(bi)對，測量結果見表2。本公司儀(yi)器(qi)的測試結果更接近理論值。

表2 軟包電芯導熱(re)系數測試結果

3.4手機(ji)石(shi)墨(mo)膜導熱系數測試

對某(mou)品牌手機的不同(tong)厚度(du)導熱石墨(mo)膜進行導熱系數測(ce)試，測(ce)量(liang)結果見圖10。多(duo)次測試的結(jie)果一致性很好。