鋰電池?zé)岚踩u(píng)估實(shí)驗(yàn)室儀器解決方案

1. 鋰電池?zé)崾Э匮芯?/strong>

隨著鋰電池的大規(guī)模應(yīng)用，其安全性能成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)。明確鋰離子電池發(fā)生熱失控及熱擴(kuò)散等行為的表征方法，系統(tǒng)地研究鋰離子電池?zé)崾Э丶盁釘U(kuò)散機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池安全性的全面認(rèn)識(shí)和電池安全性能可靠監(jiān)管。現(xiàn)有的鋰電池?zé)崾Э匮芯恐饕譃閮蓚€(gè)方面：一方面為鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)制的研究，包括鋰電池?zé)崾Э卣T因、材料熱穩(wěn)定性及電池系統(tǒng)反應(yīng)熱動(dòng)力學(xué)等；另一方面為鋰電池?zé)釘U(kuò)散和熱蔓延性能研究，包括鋰電池自身熱擴(kuò)散能力、鋰電池組熱蔓延的機(jī)制和防治、鋰電池組熱設(shè)計(jì)優(yōu)化等。兩方面研究的主要思路是通過實(shí)驗(yàn)獲得鋰電池材料、鋰電池單體熱失控行為，分析鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)制，結(jié)合鋰電池?zé)嵛镄詤?shù)，運(yùn)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(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鋰電池?zé)崾Э氐挠行Х揽亍６煽康膶?shí)驗(yàn)工具和豐富的實(shí)驗(yàn)手段是獲得準(zhǔn)確的熱失控機(jī)制和熱物性參數(shù)的重要保障，也是開展鋰電池?zé)崾Э匮芯考盁峁芾韮?yōu)化設(shè)計(jì)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(lǐng)域的長期耕耘，為鋰電池研發(fā)、生產(chǎn)及安全檢測(cè)部門提供了從電池原材料到大型電池組安全檢測(cè)及熱物性測(cè)試的一整套實(shí)驗(yàn)方法和儀器解決方案。

2.鋰電池?zé)?/strong>安全評(píng)估儀器

2.1 鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)制測(cè)試儀器

為了獲得鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)制，需運(yùn)用量熱儀器及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)開展從鋰電池材料到鋰電池單體及電池組的反應(yīng)熱動(dòng)力學(xué)研究，涉及的儀器主要包括檢測(cè)電池電解液閃燃點(diǎn)的微量連續(xù)閉口閃點(diǎn)測(cè)試儀（FP CC-420A）、測(cè)試電池?zé)崾Э匦袨榈?/span>絕熱加速量熱儀（BAC-90A、BAC520A）等。

 2.2 鋰電池?zé)釘U(kuò)散及熱蔓延性能評(píng)估系統(tǒng)

熱物性參數(shù)和熱蔓延特性是開展鋰電池?zé)釘U(kuò)散及鋰電池模組間熱傳播數(shù)值研究的基礎(chǔ)。而由于鋰電池的材料種類多樣、新穎及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且無法從文獻(xiàn)中獲得其熱物性數(shù)據(jù)，使得研究人員主要依靠經(jīng)驗(yàn)對(duì)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(duì)這一情況，仰儀科技基于主動(dòng)熱成像技術(shù)開展了鋰電池熱物性測(cè)試技術(shù)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(shí)現(xiàn)形狀不規(guī)則樣品且各向異性的鋰電池熱物性檢測(cè)。涉及的裝置包括熱導(dǎo)系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)、電池模組熱阻測(cè)試系統(tǒng)、石墨膜導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)、單體及電池組熱擴(kuò)散測(cè)試系統(tǒng)等。

相關(guān)儀器的詳細(xì)介紹請(qǐng)參閱本公司網(wǎng)頁

3. 應(yīng)用案例

3.1 鋰電池?zé)崾Э匦袨闇y(cè)試

使用絕熱加速量熱儀在HWS模式下對(duì)2000mAh 18650型鋰電池熱進(jìn)行安全測(cè)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?zé)崾Э貢r(shí)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(shí)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(yīng)，并逐漸達(dá)到熱失控。

圖9 4800mAh鋰電池?zé)崾Э貢r(shí)間-溫度-電壓-電流圖：其中藍(lán)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(diǎn)測(cè)試

對(duì)某鋰電池生產(chǎn)企業(yè)的15個(gè)電解液樣品進(jìn)行閃點(diǎn)測(cè)試，測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 鋰電池電解液閃點(diǎn)測(cè)試報(bào)告

3.3軟包電芯導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試

對(duì)某動(dòng)力電池廠商生產(chǎn)的軟包電芯進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試，并與常規(guī)的測(cè)試方案進(jìn)行結(jié)果比對(duì)，測(cè)量結(jié)果見表2。本公司儀器的測(cè)試結(jié)果更接近理論值。

表2 軟包電芯導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果

3.4手機(jī)石墨膜導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試

對(duì)某品牌手機(jī)的不同厚度導(dǎo)熱石墨膜進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試，測(cè)量結(jié)果見圖10。多次測(cè)試的結(jié)果一致性很好。