鋰電池熱安全評估實驗室儀器解決方案

1. 鋰電池熱失控研究

隨著鋰電池的大規(guī)模應用，其安全性能成為社會關注的重點。明確鋰離子電池發(fā)生熱失控及熱擴散等行為的表征方法，系統(tǒng)地研究鋰離子電池熱失控及熱擴散機制，可實現(xiàn)對鋰離子電池安全性的全面認識和電池安全性能可靠監(jiān)管。現(xiàn)有的鋰電池熱失控研究主要分為兩個方面：一方面為鋰電池熱失控機制的研究，包括鋰電池熱失控誘因、材料熱穩(wěn)定性及電池系統(tǒng)反應熱動力學等；另一方面為鋰電池熱擴散和熱蔓延性能研究，包括鋰電池自身熱擴散能力、鋰電池組熱蔓延的機制和防治、鋰電池組熱設計優(yōu)化等。兩方面研究的主要思路是通過實驗獲得鋰電池材料、鋰電池單體熱失控行為，分析鋰電池熱失控機制，結(jié)合鋰電池熱物性參數(shù)，運用數(shù)值模擬仿真大規(guī)模鋰電池組熱蔓延、熱失控行為，優(yōu)化鋰電池、鋰電池組熱設計，實現(xiàn)鋰電池熱失控的有效防控。而可靠的實驗工具和豐富的實驗手段是獲得準確的熱失控機制和熱物性參數(shù)的重要保障，也是開展鋰電池熱失控研究及熱管理優(yōu)化設計的前提。為此，杭州仰儀科技公司秉承讓日常生產(chǎn)和生活更安全的使命，結(jié)合前期在安全領域的長期耕耘，為鋰電池研發(fā)、生產(chǎn)及安全檢測部門提供了從電池原材料到大型電池組安全檢測及熱物性測試的一整套實驗方法和儀器解決方案。

2.鋰電池熱安全評估儀器

2.1 鋰電池熱失控機制測試儀器

為了獲得鋰電池熱失控機制，需運用量熱儀器及相應實驗開展從鋰電池材料到鋰電池單體及電池組的反應熱動力學研究，涉及的儀器主要包括檢測電池電解液閃燃點的微量連續(xù)閉口閃點測試儀（FP CC-420A）、測試電池熱失控行為的絕熱加速量熱儀（BAC-90A、BAC520A）等。

 2.2 鋰電池熱擴散及熱蔓延性能評估系統(tǒng)

熱物性參數(shù)和熱蔓延特性是開展鋰電池熱擴散及鋰電池模組間熱傳播數(shù)值研究的基礎。而由于鋰電池的材料種類多樣、新穎及結(jié)構(gòu)復雜，且無法從文獻中獲得其熱物性數(shù)據(jù)，使得研究人員主要依靠經(jīng)驗對鋰電池單體或鋰電池組傳熱過程建模研究，結(jié)果可信性不高。針對這一情況，仰儀科技基于主動熱成像技術開展了鋰電池熱物性測試技術和裝置的研制。可在不拆解、不破壞試樣、不允許制樣的條件下實現(xiàn)形狀不規(guī)則樣品且各向異性的鋰電池熱物性檢測。涉及的裝置包括熱導系數(shù)測試系統(tǒng)、電池模組熱阻測試系統(tǒng)、石墨膜導熱系數(shù)測試系統(tǒng)、單體及電池組熱擴散測試系統(tǒng)等。

相關儀器的詳細介紹請參閱本公司網(wǎng)頁

3. 應用案例

3.1 鋰電池熱失控行為測試

使用絕熱加速量熱儀在HWS模式下對2000mAh 18650型鋰電池熱進行安全測試，結(jié)果如圖8所示。結(jié)果表明，2000mAh鋰電池起始分解溫度為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鋰電池熱失控時間-溫度圖

使用絕熱加速量熱儀研究鋰電池在絕熱模式下以0.2C速率充放電時的熱失控行為，結(jié)果如圖9所示。結(jié)果表明，鋰電池在57.877℃開始反應，并逐漸達到熱失控。

圖9 4800mAh鋰電池熱失控時間-溫度-電壓-電流圖：其中藍色為鋰電池溫度，黑色為電壓，紫色為電流

 

3.2 鋰電池電解液閃點測試

對某鋰電池生產(chǎn)企業(yè)的15個電解液樣品進行閃點測試，測量結(jié)果見表1。

表1 鋰電池電解液閃點測試報告

 

3.3軟包電芯導熱系數(shù)測試

對某動力電池廠商生產(chǎn)的軟包電芯進行導熱系數(shù)測試，并與常規(guī)的測試方案進行結(jié)果比對，測量結(jié)果見表2。本公司儀器的測試結(jié)果更接近理論值。

表2 軟包電芯導熱系數(shù)測試結(jié)果

	X軸導熱系數(shù) (W/(m•K))	Z軸導熱系數(shù)(W/(m•K))
理論估計	25.6	1.1
第三方標準方法測試	19	0.8
本公司熱成像法測試	26	0.71

3.4手機石墨膜導熱系數(shù)測試

對某品牌手機的不同厚度導熱石墨膜進行導熱系數(shù)測試，測量結(jié)果見圖10。多次測試的結(jié)果一致性很好。