實驗儀器介紹
大型電池絕熱量熱儀，作為電池熱安全性評估的關鍵設備，可精確檢測到電池在絕熱環(huán)境下的熱失控特征，同步記錄電池在各種濫用條件下的電壓、電流、溫度、時間等狀態(tài)信息，經(jīng)電學、熱學、光學數(shù)據(jù)的協(xié)同處理，揭示電池熱失控機理，精確量化電池熱穩(wěn)定性與致災危害，能為電池單體及模組安全性能評估、熱管理開發(fā)、熱失控主動防控研究提供可靠數(shù)據(jù)支撐。
本次研究采用的BAC-420A大型電池絕熱量熱儀專為大型電池單體及小型模組設計，其絕熱腔體有效尺寸達 420×520mm，可滿足長邊不超過 600mm電池的熱失控測試需求。該儀器絕熱性能好，壁樣溫差≤0.5℃，自放熱檢測靈敏度可達到0.005°C/min，遠超行業(yè)常規(guī)檢測閾值 0.02°C/min。能夠敏銳捕捉電池熱失控過程中的細微溫度變化，精準測定自放熱起始溫度（Tonset）、熱失控起始溫度（TTR）、熱失控最高溫度（Tmax）及最大溫升速率(dT/dt)max等關鍵熱動力學參數(shù)。同時該儀器符合 GB/T 36276 - 2023《電力儲能用鋰離子電池》“絕熱溫升特性” 實驗要求。為電池安全性能評估、熱管理開發(fā)及熱失控防控研究提供有力的數(shù)據(jù)支持。此外，該儀器還榮獲2024年“國產(chǎn)好儀器”稱號，口碑備受贊譽。
BAC-420A大型電池絕熱量熱儀
實驗過程及結果
（一）實驗過程
樣品準備：實驗樣品涵蓋不同鎳含量的 NCM 三元液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池和 NCM622 半固態(tài)鋰金屬電池。其中，NCM 液態(tài)電解質(zhì)電池依鎳含量差異可分為中鎳（NCM532 / 石墨、NCM622 / 石墨）、高鎳（NCM811 / 石墨）和超高鎳（NCM90505 / 石墨）電池。
儀器校準：
Step1：采用溫差基線模式，以與電池樣品尺寸相同的標準鋁塊對儀器進行校準。
Step2：利用標準鋁塊進行HWS模式測量其自發(fā)熱速率。唯有鋁塊在搜索期間各臺階升溫速率均不超過±0.003°C/min 時，儀器絕熱性能方可滿足后續(xù)電池熱失控測試要求。
實驗操作：將電池置于電池絕熱量熱儀爐腔內(nèi)，采用HWS模式開展絕熱熱失控測試。實驗分為臺階升溫階段和絕熱追蹤階段。實驗開始時，電池首先進行加熱-等待-搜尋的臺階升溫模式，直到臺階搜索階段樣品的升溫速率大于0.02°C/min 檢測閾值，進入絕熱跟蹤階段，爐體溫度追蹤樣品溫度直至電池熱失控。
（一）實驗結果
熱失控特征參數(shù)分析
采用BAC-420A大型絕熱電池絕熱量熱儀測定9種不同電池的熱失控特征參數(shù)，結果如圖2-圖7、表2所示：
部分實驗數(shù)據(jù)展示
兩步自催化反應模型的應用
依據(jù)BAC-420A所測熱失控關鍵參數(shù)，本研究先將兩步自催化反應模型應用于電池自加熱過程的表觀動力學分析。結果表明，該模型有效地模擬了熱失控孕育階段的表觀熱動力學過程，并揭示了孕育階段反應的活化能隨著能量密度的增加而降低的規(guī)律。
部分實驗數(shù)據(jù)展示
結論
本研究利用BAC-420A大型電池絕熱量熱儀對高能密度電池的熱失控行為進行了深入研究，揭示了關鍵的熱失控特性和規(guī)律與鎳含量、電池封裝形式的關系等。這些發(fā)現(xiàn)不僅為優(yōu)化長續(xù)航動力電池的熱管理和安全預警設計提供了參考，也為未來電池材料的選擇和電池結構的設計提供了重要依據(jù)。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對電池熱安全性的研究將繼續(xù)深入，以推動技術進步和產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
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