一. 前言
鋰電池?zé)崾Э厥且l(fā)起火、爆炸等安全事故的關(guān)鍵因素。在熱失控過(guò)程中，電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，不僅會(huì)釋放出大量熱量，還會(huì)產(chǎn)生諸如一氧化碳（CO）、氫氣（H?）、甲烷（CH?）等可燃?xì)怏w。這些氣體若在密閉環(huán)境中不斷積聚，極易引發(fā)二次燃燒或爆炸，進(jìn)一步加劇事故的危害程度。因此，精確量化電池?zé)崾Э剡^(guò)程中的產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速率以及氣體成分，成為評(píng)估電池安全性的重要指標(biāo)。
同時(shí)，在UL 9540A標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)下，電池?zé)崾Э禺a(chǎn)氣測(cè)試已成為相關(guān)行業(yè)焦點(diǎn)。通過(guò)深入研究產(chǎn)氣行為與溫度、壓力等參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，能夠?yàn)殡姵匕踩O(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐。
杭州仰儀科技有限公司研制的BAC-800B大型電池絕熱量熱儀采用密封腔體結(jié)構(gòu)，工作壓力達(dá)到2MPa，能夠在進(jìn)行絕熱熱失控特征溫度測(cè)量的同時(shí)對(duì)鋰電池產(chǎn)氣壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)精確記錄，并通過(guò)分析軟件進(jìn)行產(chǎn)氣數(shù)據(jù)計(jì)算。儀器還預(yù)留了采氣接口，幫助客戶對(duì)熱失控產(chǎn)氣進(jìn)行后續(xù)測(cè)試。
有別于進(jìn)行產(chǎn)氣收集所使用的燃燒彈或者ARC腔中腔等傳統(tǒng)測(cè)試方法，BAC-800B在進(jìn)行產(chǎn)氣相關(guān)測(cè)試的同時(shí)能夠控制儀器整體的絕熱性能，保證熱參數(shù)的準(zhǔn)確性，幫助研究人員將產(chǎn)熱與產(chǎn)氣數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，而傳統(tǒng)ARC儀器僅能保證其中一項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此BAC-800B顯著提高了熱失控實(shí)驗(yàn)效率及數(shù)據(jù)可讀性。
圖1 BAC-800B大型電池絕熱量熱儀外觀
二. 實(shí)驗(yàn)部分
本次實(shí)驗(yàn)利用BAC-800B大型電池絕熱量熱儀對(duì)磷酸鐵鋰電芯進(jìn)行熱失控產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)。為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，本文選擇兩個(gè)不同品牌的280Ah磷酸鐵鋰及一個(gè)152Ah的磷酸鐵鋰電池，實(shí)驗(yàn)前均對(duì)腔體進(jìn)行惰氣置換與保壓實(shí)驗(yàn)，并在測(cè)試腔內(nèi)放置熱電偶以測(cè)試腔內(nèi)氣體溫度。
圖2 280Ah(左)及152Ah磷酸鐵鋰(右)方殼電池
實(shí)驗(yàn)步驟
1. 實(shí)驗(yàn)前，使用惰性氣體對(duì)腔體進(jìn)行置換，以確保內(nèi)部處于惰性氣氛環(huán)境。同時(shí)，在測(cè)試腔內(nèi)合理部署熱電偶，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體溫度；
2. 利用HWS模式，將電芯溫度逐漸升高直至引發(fā)熱失控，以此模擬電池在實(shí)際使用中因溫度異常升高導(dǎo)致的熱失控情況；
3. 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，同步記錄溫度、壓力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析提供全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
三. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖3 152Ah磷酸鐵鋰電池 (a)氣體溫度與標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體量曲線及(b)產(chǎn)氣速率-溫度曲線圖
圖4 280Ah #1磷酸鐵鋰電池 (a)氣體溫度與標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體量曲線及(b)產(chǎn)氣速率-溫度曲線圖
圖5 N280Ah #2磷酸鐵鋰電池 (a)氣體溫度與標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體量曲線及(b)產(chǎn)氣速率-溫度曲線圖
表1 磷酸鐵鋰及NCM三元產(chǎn)氣測(cè)試數(shù)據(jù)表
觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三個(gè)電池的單位容量產(chǎn)氣量都在0.7SL/Ah左右，說(shuō)明磷酸鐵鋰電芯的熱失控產(chǎn)氣行為較為一致。但同時(shí)我們觀察到三個(gè)電池的最大產(chǎn)氣速率相差較大，尤其是兩個(gè)電解液配方不同的280Ah電芯最大產(chǎn)氣速率相差2倍以上，該參數(shù)也可用于表征鋰電池?zé)崾Э貏×页潭取?/span>
四.結(jié)論
利用BAC-800B大型絕熱量熱儀，研究人員可精準(zhǔn)獲取鋰電池?zé)崾Э剡^(guò)程中的產(chǎn)氣速率、產(chǎn)氣量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，深入剖析鋰電池?zé)崾Э貎?nèi)在機(jī)制，為研發(fā)更安全的鋰電池提供科學(xué)依據(jù)。此外，BAC-800B還配備了采氣在線分析接口，結(jié)合聯(lián)用方案，可進(jìn)一步獲取熱失控產(chǎn)氣過(guò)程中的氣體成分、爆炸極限等核心參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更全面的系統(tǒng)性分析，助力電池材料與電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。另，鋰電池?zé)崾Э禺a(chǎn)氣測(cè)試是國(guó)內(nèi)鋰電企業(yè)出海檢測(cè)的必要項(xiàng)目，能夠?yàn)殇囯姵氐陌踩栽u(píng)估提供全面、可靠的數(shù)據(jù)支持，助力國(guó)內(nèi)企業(yè)成功出海！
# 聯(lián)用方案 #
