鋰電池熱安全評估解決方案

1、鋰電池熱安全評估實驗室儀器解決方案目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1.鋰電池熱失控研究1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 鋰電池熱失控機制研究技術(shù)1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 鋰電池熱擴散及熱蔓延性能評估技術(shù)2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 3.1導熱系數(shù)測試儀3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3.2電

2、池模組熱阻測試儀4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3.3熱擴散試驗儀4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 典型客戶及合作案例簡介5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4.1典型客戶5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 鋰電池熱失控行為測試案例6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 軟包電芯導熱系數(shù)測試案例7 鋰電池熱失控研究鋰電池安全性是制約鋰電

3、池大規(guī)模應用的重要因素，鋰電池熱失控主動防控技術(shù)研究和應用是提升鋰電池安全性的有效措施。深入認識鋰離子電池安全性就必須系統(tǒng)地研究鋰離子電池熱失控及熱擴散機制，明確鋰離子電池發(fā)生熱失控及熱散失等行為表征及具體危害方法，進而實現(xiàn)電池安全性能可靠監(jiān)管。基于此，現(xiàn)有的鋰電池熱失控研究主要分為兩個方面：其中一方面為鋰電池熱失控機制的研究，包括鋰電池熱失控誘因、材料熱穩(wěn)定性及電池系統(tǒng)反應熱動力學等；另一方面為鋰電池熱擴散和熱蔓延性能研究，包括鋰電池自身熱散失能力、鋰電池組熱蔓延的機制和防治、鋰電池組熱設計優(yōu)化等。其主要研究思路為通過實驗獲得鋰電池材料、鋰電池單體熱失控行為，分析鋰電池熱失控機制，結(jié)合熱擴散

4、測試等量化鋰電池熱物性參數(shù)，運用數(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、鋰電池組熱設計，實現(xiàn)鋰電池熱失控的有效防控。而可靠的實驗工具和豐富的實驗手段是獲得準確的熱失控機制和熱物性參數(shù)的重要保障，也是開展鋰電池熱失控研究及熱管理優(yōu)化設計的前提。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驗方法和儀器解決方案。鋰電池熱失控機制研究技術(shù)為了獲得準確的鋰電池熱失控機制，需運用量熱儀器及相應實驗開展從鋰電池材料到鋰電池單體及電池組的反應熱動力學研究，涉及

5、的主要儀器是絕熱加速量熱儀（BAC-90A、BAC520A）。針對鋰電池安全檢測，仰儀科技自主研發(fā)了絕熱加速量熱儀BAC-90A和BAC-520A，如圖1所示。其中BAC-90A主要針對鋰電池電解液、粉末狀及小顆粒原材料、紐扣電池、18650圓柱型電池、小型軟包電池的熱失控行為測試；BAC-520A主要針對大型鋰電池單體、鋰電池模組的熱失控行為測試。BAC-90A和BAC-520A通過集成熱濫用、電濫用、機械濫用等功能，模擬鋰電池各種熱失控誘發(fā)因素及最糟糕熱失控環(huán)境（絕熱環(huán)境），同步采集各種濫用條件下電池電壓、電流、電量、溫度、壓力、時間數(shù)據(jù)，可直接測得更加準確的電池熱失控起始溫度、最大熱失控

6、速率、絕熱溫升等熱行為參數(shù)。圖1絕熱加速量熱儀BAC-90A。左側(cè)為量熱儀主體，右側(cè)為電池充放電管理設備鋰電池熱擴散及熱蔓延性能評估技術(shù)定量的熱物性參數(shù)及熱蔓延特性是開展鋰電池熱散失及鋰電池模組間熱傳播數(shù)值研究的基礎。而由于鋰電池本身的材料種類多樣性、新穎性及結(jié)構(gòu)復雜性，且其熱物性缺乏文獻數(shù)據(jù)，使得開展鋰電池單體或鋰電池組傳熱建模主要依靠研究人員經(jīng)驗，可信性不高。針對這一情況，泰默-仰儀基于主動熱成像技術(shù)開展了熱物性測試技術(shù)和裝置的研制，其基本原理如圖2所示?？稍诓徊鸾狻⒉黄茐脑嚇?，不允許制樣的條件下實現(xiàn)形狀不規(guī)則樣品各向異性的熱物性原位檢測。涉及的裝置包括熱導系數(shù)測試系統(tǒng)、電池模組熱阻測試系

7、統(tǒng)、石墨膜導熱系數(shù)測試系統(tǒng)、單體及電池組熱擴散測試系統(tǒng)等。任意形式能量轉(zhuǎn)換或傳遞如：輻射、電磁、超聲加熱、傳熱模型影響測試對象加熱、傳熱的任意特征,、.比如：裂紋、熱導率、接觸熱阻。圖2基于主動熱成像的熱物性測試技術(shù)示意圖3.1導熱系數(shù)測試儀圖3鋰電池熱導系數(shù)測試系統(tǒng)（可根據(jù)被測對象大小、形狀現(xiàn)場安裝調(diào)試）軟包電芯、硬殼鋰電池熱導系數(shù)是反應鋰電池熱擴散能力的重要參數(shù)之一。泰默-仰儀基于激光加熱技術(shù)，結(jié)合熱成像數(shù)據(jù)分析及傳熱反演，實現(xiàn)鋰電池熱導系數(shù)精確測量。3.2電池模組熱阻測試儀電池模組熱阻測試是評價電池熱蔓延和熱傳播的重要參數(shù)，也是電阻組裝廠及電動汽車生產(chǎn)企業(yè)評價電池模組散熱能力的質(zhì)控參數(shù)之

8、一。泰默-仰儀基于傳熱反演技術(shù)，可實現(xiàn)電池模組熱阻精確測量?？蚣苣＝M電池包電芯絕緣層圖4電池模組熱阻測試儀3.3熱擴散試驗儀鋰電池單體或鋰電池組的熱擴散試驗可直觀的反應鋰電池的熱擴散能力。熱擴散試驗測試系統(tǒng)主要通過主動加熱和針刺兩種方式觸發(fā)熱失控，并實時監(jiān)測電壓及溫度數(shù)據(jù)，為鋰電池熱穩(wěn)定性評估提供實驗依據(jù)。加熱是在給定固定功率的情況下通過加熱棒或柔性加熱器插入、緊靠、環(huán)抱電池單體或電池組進行；針刺是通過電機調(diào)整鋼針位置和方向?qū)﹄姵貑误w或電池組進行穿刺；電壓監(jiān)測和溫度采集則是通過數(shù)據(jù)采集模塊完成，通過電壓閾值比較和溫度數(shù)據(jù)求導，實現(xiàn)熱失控條件判定；同時通過高速攝像機記錄熱失控全過程影像信息，抓取

9、熱失控觸發(fā)開啟、熱失控觸發(fā)停止、外部煙、火、爆炸等關(guān)鍵事件照片，生成熱擴散實驗報告。本裝置的研制對于鋰離子電池安全性檢測、問題科學研究、風險預測以及事故調(diào)查分析具有重要技術(shù)支撐作用。測試系統(tǒng)針刺、加熱、測溫布置示意圖如圖5和6所示。針刺觸發(fā)時，溫度傳感器的位置應盡可能接近短路點。加熱觸發(fā)時，溫度傳感器布置在遠離熱傳導的一側(cè)，即安裝在加熱裝置的對側(cè)（如圖6）。圖5針刺觸發(fā)時溫度傳感器的布置位置示意圖硬殼及軟包電池圓柱形電池-I圓柱形電池-II圖6加熱觸發(fā)時溫度傳感器的布置位置示意圖加熱裝置加熱裝置（電阻絲）溫度監(jiān)測器典型客戶及合作案例簡介4.1典型客戶表1所示的是國內(nèi)使用仰儀-泰默的儲能介質(zhì)安全

10、評估儀器的典型客戶表1仰儀-泰默鋰電池安全檢測業(yè)務典型客戶列表客戶類別客戶名稱科研檢測機構(gòu)中國安全生產(chǎn)科學研究院中石化青島安全工程研究院沈陽化工研究院中國民用航空總局第二研究所應急管理部天津消防所南京工業(yè)大學上海化工研究院企業(yè)微宏動力系統(tǒng)（湖州）有限公司北京富爾邦科技有限公司上海索爾維投資有限公司4.2鋰電池熱失控行為測試案例應第三方檢測單位邀請，參與淘寶18650型鋰電池安全性能測試研究。運用絕熱加速量熱儀開展HWS模式測試2000mAh鋰電池安全測試，如圖7和8所示。結(jié)果表明，2000mAh鋰電池起始分解溫度為88.819C，最大溫升速率為102.836C/min,絕熱溫升為308.523

11、C，最高溫度為397.342C。400380360340320300-280260-160-140-120-宀240-C醫(yī)200-制180-10080-6040-20-100200300400500600700800900100011001200-150-190-ISO-180-170-170-ISO-ISO圖72000mAh鋰電池測試實驗圖(q3.n)-150-150-140-140-130-130-120-120-110豁110-loo7-loo-905-90以0.2C速率在絕熱模式下對電池充放電，研究其熱失控行為如圖9,10所示。結(jié)果表明，鋰電池在57.877C開始反應，并逐漸達到熱失控

12、。圖9充放電模式下4800mAh鋰電池熱失控行為測試525-4500-500-4400-475-4300-450-4200-425-4100-400-4000-375-3900-350-3800-325-3700-r?J3600-3O-f35oo-赳275-EHsi希3400-250-3300-225-3200-200-3100-175-3000-150-2900-125-2800-100-2700-75-2&00-50-2500-1200-200-150-1000-180-170-BOO-l&O-150-600-140-130-120-200-110g-100-0-80-200-70-&0-400-50-40-600-30-SOO-20-10,-1000-0圖104800mAh鋰電池熱失控時間-溫度-電壓-電流圖。其中藍色為鋰電池溫度，黑色為電壓紫色為電流軟包電芯導熱系數(shù)測試案例應動力電池廠商邀請，參與其生產(chǎn)的軟包電芯熱導系數(shù)測試，并與常規(guī)的測試方案進行結(jié)果比對，圖11所示。熱導系數(shù)測量結(jié)果見表2。3.532.54005250.512020401001206080時間/s-60