現(xiàn)有的鋰電池?zé)崾Э匮芯恐饕譃閮蓚€(gè)方面：一方面為鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)制的研究，包括鋰電池?zé)崾Э卣T因、材料熱穩(wěn)定性及電池系統(tǒng)反應(yīng)熱動(dòng)力學(xué)等；另一方面為鋰電池?zé)釘U(kuò)散和火災(zāi)蔓延性能研究，包括鋰電池自身熱散失能力、鋰電池組熱擴(kuò)散的機(jī)制和防治、鋰電池組熱設(shè)計(jì)優(yōu)化等。其主要研究思路為通過實(shí)驗(yàn)獲得鋰電池材料、鋰電池單體熱失控行為，分析鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)制，結(jié)合熱擴(kuò)散測(cè)試等量化鋰電池?zé)嵛镄詤?shù)，運(yùn)用數(shù)值模擬仿真大規(guī)模鋰電池組火災(zāi)蔓延、熱失控行為，優(yōu)化鋰電池、鋰電池組熱設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鋰電池?zé)崾Э氐挠行Х揽?。[1,2]而可靠的實(shí)驗(yàn)工具和豐富的實(shí)驗(yàn)手段是獲得準(zhǔn)確的熱失控機(jī)制和熱物性參數(shù)的重要保障，也是開展鋰電池?zé)崾Э匮芯考盁峁芾韮?yōu)化設(shè)計(jì)的前提。

 

仰儀科技聯(lián)合泰默檢測(cè)在危險(xiǎn)化學(xué)品及化工過程熱安全評(píng)估、材料熱物性測(cè)試等領(lǐng)域長(zhǎng)期耕耘基礎(chǔ)上，為鋰電池研發(fā)、生產(chǎn)及安全檢測(cè)部門提供了從電池原材料到大型電池組安全檢測(cè)及熱物性測(cè)試的一整套解決方案。

為了獲得準(zhǔn)確的鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)制，需運(yùn)用量熱儀器及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)開展從鋰電池材料到鋰電池單體及電池組的反應(yīng)熱動(dòng)力學(xué)研究，涉及的主要儀器是絕熱加速量熱儀。

針對(duì)鋰電池安全檢測(cè)，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(duì)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(cè)試；BAC-420A主要針對(duì)大型鋰電池單體、鋰電池模組的熱失控行為測(cè)試。 BAC-90A和BAC-420A通過集成熱濫用、電濫用、機(jī)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(shí)間數(shù)據(jù)，可直接測(cè)得更加準(zhǔn)確的電池?zé)崾Э仄鹗紲囟?、最大熱失控速率、絕熱溫升等熱行為參數(shù)。

 

定量的熱物性參數(shù)及熱擴(kuò)散特性是開展鋰電池?zé)嵘⑹Ъ颁囯姵啬＝M間熱傳播數(shù)值研究的基礎(chǔ)。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(fù)雜性，且其熱物性缺乏文獻(xiàn)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(yàn)，可信度不高。針對(duì)這一情況，泰默-仰儀基于主動(dòng)熱成像技術(shù)開展了熱物性測(cè)試技術(shù)和裝置的研制，其基本原理?？稍诓徊鸾狻⒉黄茐脑嚇?，不允許制樣的條件下實(shí)現(xiàn)形狀不規(guī)則樣品各向異性的熱物性檢測(cè)。涉及的儀器包括導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀、電池模組熱阻測(cè)試儀、熱擴(kuò)散測(cè)試儀等。

 

電池模組熱阻測(cè)試是評(píng)價(jià)電池?zé)釘U(kuò)散和熱傳播的重要參數(shù)，也是電池生產(chǎn)廠家及電動(dòng)汽車生產(chǎn)企業(yè)評(píng)價(jià)電池模組散熱能力的質(zhì)控參數(shù)之一。泰默-仰儀基于傳熱反演技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)電池模組熱阻的空間分布分析和定量評(píng)估。

圖4 電池模組熱阻測(cè)試儀

鋰電池單體或鋰電池組的熱擴(kuò)散試驗(yàn)可直觀的反應(yīng)鋰電池的熱擴(kuò)散能力。熱擴(kuò)散試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)主要通過主動(dòng)加熱和針刺兩種方式觸發(fā)熱失控，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓及溫度數(shù)據(jù)，為鋰電池?zé)岱€(wěn)定性評(píng)估提供實(shí)驗(yàn)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(jìn)行；針刺是通過電機(jī)調(diào)整鋼針位置和方向?qū)﹄姵貑误w或電池組進(jìn)行穿刺；電壓監(jiān)測(cè)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(dǎo)，實(shí)現(xiàn)熱失控條件判定；同時(shí)通過高速攝像機(jī)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(guān)鍵事件照片，生成熱擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)報(bào)告。本裝置對(duì)鋰電池安全性檢測(cè)、科學(xué)問題研究、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)以及事故調(diào)查分析具有重要技術(shù)支撐作用。測(cè)試系統(tǒng)針刺、加熱、測(cè)溫布置示意圖如圖5和6所示。針刺觸發(fā)時(shí)，溫度傳感器的位置應(yīng)盡可能接近短路點(diǎn)。加熱觸發(fā)時(shí)，溫度傳感器布置在遠(yuǎn)離熱傳導(dǎo)的一側(cè)，即安裝在加熱裝置的對(duì)側(cè)。