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?，F(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?。而可靠的?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(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電池電解液閃燃點(diǎn)的微量連續(xù)閉口閃點(diǎn)測試儀（FP CC-420A）、測試電池?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試技術(shù)和裝置的研制?？稍诓徊鸾狻⒉黄茐脑嚇?/span>、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。涉及的裝置包括熱導(dǎo)系數(shù)測試系統(tǒng)、電池模組熱阻測試系統(tǒng)、石墨膜導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)、單體及電池組熱擴(kuò)散測試系統(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)測試，測量結(jié)果見表1。

表1 鋰電池電解液閃點(diǎn)測試報(bào)告

3.3軟包電芯導(dǎo)熱系數(shù)測試

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)測試，并與常規(guī)的測試方案進(jìn)行結(jié)果比對(duì)，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(dǎo)熱系數(shù)測試結(jié)果

3.4手機(jī)石墨膜導(dǎo)熱系數(shù)測試

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)測試，測量結(jié)果見圖10。多次測試的結(jié)果一致性很好。