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锂离子电池安全性评估的ARC测试方法和数据分析
来源: | 作者:佚名 | 发布时间: 1304天前 | 1242 次浏览 | 分享到:
锂离子电池安全性能可以通过电池热失控过程的量热分析来进行定性和定量评估。电池在不同温度下的放热速率及累计放热量是衡量电池热稳定性的参数。动力电池的量热分析通过绝热加速量热仪进行。本文主要介绍加速量热仪的测试原理和方法、数据分析方法,并对电池安全程度的评估方法提出了建议。

近年来锂离子电池,尤其是电动车动力电池安全事故频发。如何解决锂离子电池的安全隐患,以及如何评估锂离子电池的安全程度一直是业内的热点话题

锂离子电池的安全性研究可以分为如下领域:① 电池热失控机理研究,包括电池发生安全性事故的原因,热失控的发生及演变规律;② 电池安全程度的测试评估方法与标准,主要研究如何对电池进行测试能够科学体现电池的安全性,以及采用哪些指标或者参数来评估电池的相对安全程度;③ 提高电池安全程度的技术,包括电池关键材料的热稳定性研究及改进,可提高电池安全性的功能性添加剂,电池设计和热管理;④ 电池安全可靠性的测试评估方法与模型,主要研究电池(尤其是动力电池)发生安全性事故的概率,包括如何指征电池产品的可靠性,以及采用何种模型评估电池的可靠性,如何提升电池的可靠性等等。作者将在后续文章中重点讨论安全可靠性的相关问题。

在锂离子电池安全性的研究中,离不开一个物理量——温度,电池的“温度”显示了电池的热状态,其本质是电池产热和传热的结果。因此,研究电池的热特性,即电池在不同状态下的产热和传热特性,是我们深刻认识电池内部发生放热化学反应的主要途径。热特性也反映了电池的热安全性。

由于动力电池的安全性本质上是热安全,其程度可以用电池的热特性来进行评估,因此在电池安全性研究中,量热仪是最主要的手段。最常用的量热仪是加速量热仪(accelerating rate calorimeter,ARC)ARC是联合国推荐使用的用于危险品评估的新型热分析仪器,可以提供绝热条件下化学反应的时间-温度-压力数据。ARC基于绝热原理设计,可使用较大的样品量,灵敏度高,能精确测得样品热分解初始温度、绝热分解过程中温度和压力随时间的变化曲线,尤其是能给出差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)和差热分析法(differential thermal analysis,DTA)等无法给出的物质在热分解时的压力缓慢变化过程。在进行电池热特性研究时,人们在此基础上增加了电压和电阻监测,使得ARC可同步提供电池热失控前后的电特性,为人们认识电池热失控过程提供了更丰富的信息。