锂电池热安全评估实验室仪器解决方案

1. 锂电池热失控研究

随着锂电池的大规模应用，其安全性能成为社会关注的重点。明确锂离子电池发生热失控及热扩散等行为的表征方法，系统地研究锂离子电池热失控及热扩散机制，可实现对锂离子电池安全性的全面认识和电池安全性能可靠监管。现有的锂电池热失控研究主要分为两个方面：一方面为锂电池热失控机制的研究，包括锂电池热失控诱因、材料热稳定性及电池系统反应热动力学等；另一方面为锂电池热扩散和热蔓延性能研究，包括锂电池自身热扩散能力、锂电池组热蔓延的机制和防治、锂电池组热设计优化等。两方面研究的主要思路是通过实验获得锂电池材料、锂电池单体热失控行为，分析锂电池热失控机制，结合锂电池热物性参数，运用数值模拟仿真大规模锂电池组热蔓延、热失控行为，优化锂电池、锂电池组热设计，实现锂电池热失控的有效防控。而可靠的实验工具和丰富的实验手段是获得准确的热失控机制和热物性参数的重要保障，也是开展锂电池热失控研究及热管理优化设计的前提。为此，本公司秉承让日常生产和生活更安全的使命，结合前期在安全领域的长期耕耘，为锂电池研发、生产及安全检测部门提供了从电池原材料到大型电池组安全检测及热物性测试的一整套实验方法和仪器解决方案。

2.锂电池热安全评估仪器

2.1 锂电池热失控机制测试仪器

为了获得锂电池热失控机制，需运用量热仪器及相应实验开展从锂电池材料到锂电池单体及电池组的反应热动力学研究，涉及的仪器主要包括检测电池电解液闪燃点的微量连续闭口闪点测试仪（FP CC-420A）、测试电池热失控行为的绝热加速量热仪（BAC-90A、BAC520A）等。

2.2 锂电池热扩散及热蔓延性能评估系统

热物性参数和热蔓延特性是开展锂电池热扩散及锂电池模组间热传播数值研究的基础。而由于锂电池的材料种类多样、新颖及结构复杂，且无法从文献中获得其热物性数据，使得研究人员主要依靠经验对锂电池单体或锂电池组传热过程建模研究，结果可信性不高。针对这一情况，基于主动热成像技术开展了锂电池热物性测试技术和装置的研制。可在不拆解、不破坏试样、不允许制样的条件下实现形状不规则样品且各向异性的锂电池热物性检测。涉及的装置包括热导系数测试系统、电池模组热阻测试系统、石墨膜导热系数测试系统、单体及电池组热扩散测试系统等。

3. 应用案例
3.1 锂电池热失控行为测试

使用绝热加速量热仪在HWS模式下对2000mAh 18650型锂电池热进行安全测试，结果如图1所示。结果表明，2000mAh锂电池起始分解温度为88.819℃，大温升速率为102.836℃/min，绝热温升为308.523℃，高温度为397.342℃。

图1 2000mAh锂电池热失控时间-温度图

使用绝热加速量热仪研究锂电池在绝热模式下以0.2C速率充放电时的热失控行为，结果如图2所示。结果表明，锂电池在57.877℃开始反应，并逐渐达到热失控。

图2 4800mAh锂电池热失控时间-温度-电压-电流图：其中蓝色为锂电池温度，黑色为电压，紫色为电流

3.2 锂电池电解液闪点测试

对某锂电池生产企业的15个电解液样品进行闪点测试，测量结果见表1。

表1 锂电池电解液闪点测试报告

3.3手机石墨膜导热系数测试

对某品牌手机的不同厚度导热石墨膜进行导热系数测试，测量结果见图3。多次测试的结果一致性很好。