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大容量9系三元鋰離子電池熱失控測試
閱讀：1379 發布時間：2024-1-8前言
由于9系鋰電池具有超高的能量密度，受到了致力于提高新能源汽車續航里程的主機廠的密切關注。但高能量密度伴隨著潛在的高危險性，因此獲得9系電池的熱失控特征參數尤為重要，但是9系鋰電池的熱失控過程非常劇烈，有較大概率會損傷儀器，因此9系鋰電池的絕熱熱失控實驗數據十分缺乏，電池熱管理設計也缺少實驗數據的支撐。
本文利用杭州仰儀科技有限公司BAC-420A大型電池絕熱量熱儀進行了130Ah的9系NCM超高鎳鋰離子電池的絕熱熱失控測試，獲得該電池熱失控過程的相關熱力學特征參數等信息。相關結果有助于幫助研究人員明確9系電池的熱失控危害性，優化電池安全設計。
實驗部分
實驗樣品：130Ah 9系NCM鋰離子電池*1，260mm*100mm*25mm，100%SOC。
實驗儀器：杭州仰儀科技BAC-420A大型電池絕熱量熱儀；
工作模式：HWS模式、溫差基線模式；
標準鋁塊：6061鋁合金材質。
3.1 溫差基線校正：利用與電池大小形狀一致的標準鋁塊進行溫差基線模式實驗，對熱電偶及儀器進行校正；
3.2 標準鋁塊HWS實驗：利用標準鋁塊進行HWS模式實驗，驗證溫差基線校正的效果及實驗過程中儀器的絕熱性能；
3.3 電池HWS實驗：為了防止9系電池熱失控損壞爐腔，因此在電池外部增加了如圖2所示的金屬網防護罩，以HWS模式進行絕熱熱失控實驗；
3.4 標準鋁塊HWS實驗：電池HWS實驗結束后，用標準鋁塊重新進行HWS驗證實驗，用于驗證熱失控后儀器功能是否正常及傳感器漂移程度。
實驗結果
如圖3(a)所示，電池在82.68℃下的自放熱溫升速率達到了0.02℃/min的Tonset檢測閾值；在131.67℃達到泄壓溫度Tv，泄壓閥打開；隨后在169.49℃達到熱失控起始溫度TTR (60℃/min)，電池發生熱失控，數秒內溫度快速升高至約1090℃，最大溫升速率(dT/dt)max超過40000℃/min。并且通過圖4所示的抗爆箱內外部的監控畫面，可以發現電池的熱失控過程十分劇烈，在極短的時間內噴射出強烈的射流火及大量濃煙，同時瞬間產生的高溫高壓氣流對實驗室墻面產生了一定的沖擊作用。
通過觀察電池殘骸可以發現，泄壓閥位置崩裂，同時電池殘骸基本僅剩外部鋁殼，內部電池材料幾乎全部從泄壓口噴出，熱失控后電池的質量損失率達到了85.97%，也側面表明了9系電芯的熱失控劇烈程度。
在電池實驗前，通過標準鋁塊的HWS實驗驗證了儀器良好的絕熱性能，如圖6(a)，每個溫度臺階鋁塊的溫升速率均小于±0.002℃/min；電池測試后，為了確認儀器能否在承受9系鋰電池的劇烈爆炸后仍然能正常使用，重新進行一次標準鋁塊的HWS實驗。通過圖6(b)可以發現，實驗過程中儀器運行良好，并且每一個臺階的溫升速率均低于±0.002℃/min，絕熱性能依然優異，說明儀器功能完好，同時傳感器未出現明顯漂移。
結論
大容量9系超高鎳NCM鋰電池絕熱熱失控的劇烈程度高，實驗室應具備足夠的泄壓泄爆面積（建議50平米以上），同時實驗室墻面應進行加固。