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，涉及的主要儀器是絕熱加速量熱儀。

針對鋰電池安全檢測，仰儀-泰默自主研發(fā)了絕熱加速量熱儀BAC-90A和BAC-420A，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-420A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-420A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、時間數據，可直接測得更加準確的電池熱失控起始溫度、最大熱失控速率、絕熱溫升等熱行為參數。

 

定量的熱物性參數及熱擴散特性是開展鋰電池熱散失及鋰電池模組間熱傳播數值研究的基礎。而由于鋰電池本身的材料種類多樣性、新穎性及結構復雜性，且其熱物性缺乏文獻數據，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驗，可信度不高。針對這一情況，泰默-仰儀基于主動熱成像技術開展了熱物性測試技術和裝置的研制，其基本原理如圖2所示。可在不拆解、不破壞試樣，不允許制樣的條件下實現形狀不規(guī)則樣品各向異性的熱物性檢測。涉及的儀器包括導熱系數測試儀、電池模組熱阻測試儀、熱擴散測試儀等。

 

軟包電芯、硬殼鋰電池導熱系數是反映鋰電池熱擴散能力的重要參數之一。泰默-仰儀基于主動紅外熱成像技術，對熱成像數據分析及傳熱反演，實現鋰電池導熱系數精確測量，

電池模組熱阻測試是評價電池熱擴散和熱傳播的重要參數，也是電池生產廠家及電動汽車生產企業(yè)評價電池模組散熱能力的質控參數之一。泰默-仰儀基于傳熱反演技術，可實現電池模組熱阻的空間分布分析和定量評估，如圖4所示。

 

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)測電壓及溫度數據，為鋰電池熱穩(wěn)定性評估提供實驗依據。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；針刺是通過電機調整鋼針位置和方向對電池單體或電池組進行穿刺；電壓監(jiān)測和溫度采集則是通過數據采集模塊完成，通過電壓閾值比較和溫度數據求導，實現熱失控條件判定；同時通過高速攝像機記錄熱失控全過程影像信息，抓取熱失控觸發(fā)開啟、熱失控觸發(fā)停止、外部煙、火、爆炸等關鍵事件照片，生成熱擴散實驗報告。本裝置對鋰電池安全性檢測、科學問題研究、風險預測以及事故調查分析具有重要技術支撐作用。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。高能量密度的鋰離子電池價格昂貴，主要是因為當電池不斷充電時，電池材料會發(fā)生降解，其所釋放的能量會讓電池溫度升高，使電池著火，產生安全問題。在電池不斷充電和再充電過程中，氧氣會從電池材料表面釋放出來。在此過程中，鋰離子從內部到外部的運輸通道可能會被隨氧氣釋放產生的金屬鎳粉塵堵塞。當運輸通道被堵塞時，想要進出電池內外的鋰離子將無法轉移，從而導致電池容量快速下降。隨著熱量的增加，電池起火和爆炸的可能性也會增加。

 

德克薩斯大學達拉斯分校研究團隊發(fā)現，在電池正極表面添加一層經過設計的氧化物涂層，既可以解決電池過熱問題，也可以將電池容量提高20%至30%，改造后的電池可以耐受更長的充電時間。

 

基于上述熱失控問題的新發(fā)現，該研究團隊已開始研發(fā)用于電動汽車的新型電池正極材料，以解決鋰離子運輸通道的堵塞問題，同時與美國海軍研究實驗室合作，進一步研究提高電池正極材料的富鋰容量和電池安全性問題。