一. 前言
鋰電池熱失控是引發(fā)起火、爆炸等安全事故的關鍵因素。在熱失控過程中，電池內部會發(fā)生復雜的化學反應，不僅會釋放出大量熱量，還會產生諸如一氧化碳（CO）、氫氣（H?）、甲烷（CH?）等可燃氣體。這些氣體若在密閉環(huán)境中不斷積聚，極易引發(fā)二次燃燒或爆炸，進一步加劇事故的危害程度。因此，精確量化電池熱失控過程中的產氣量、產氣速率以及氣體成分，成為評估電池安全性的重要指標。
同時，在UL 9540A標準的推動下，電池熱失控產氣測試已成為相關行業(yè)焦點。通過深入研究產氣行為與溫度、壓力等參數(shù)之間的內在關聯(lián)，能夠為電池安全設計提供堅實的理論支撐。
杭州仰儀科技有限公司研制的BAC-800B大型電池絕熱量熱儀采用密封腔體結構，工作壓力達到2MPa，能夠在進行絕熱熱失控特征溫度測量的同時對鋰電池產氣壓力進行實時精確記錄，并通過分析軟件進行產氣數(shù)據(jù)計算。儀器還預留了采氣接口，幫助客戶對熱失控產氣進行后續(xù)測試。
有別于進行產氣收集所使用的燃燒彈或者ARC腔中腔等傳統(tǒng)測試方法，BAC-800B在進行產氣相關測試的同時能夠控制儀器整體的絕熱性能，保證熱參數(shù)的準確性，幫助研究人員將產熱與產氣數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析，而傳統(tǒng)ARC儀器僅能保證其中一項數(shù)據(jù)的準確性，因此BAC-800B顯著提高了熱失控實驗效率及數(shù)據(jù)可讀性。
圖1 BAC-800B大型電池絕熱量熱儀外觀
二. 實驗部分
本次實驗利用BAC-800B大型電池絕熱量熱儀對磷酸鐵鋰電芯進行熱失控產氣實驗。為了進行實驗數(shù)據(jù)對比，本文選擇兩個不同品牌的280Ah磷酸鐵鋰及一個152Ah的磷酸鐵鋰電池，實驗前均對腔體進行惰氣置換與保壓實驗，并在測試腔內放置熱電偶以測試腔內氣體溫度。
圖2 280Ah(左)及152Ah磷酸鐵鋰(右)方殼電池
實驗步驟
1. 實驗前，使用惰性氣體對腔體進行置換，以確保內部處于惰性氣氛環(huán)境。同時，在測試腔內合理部署熱電偶，用于實時監(jiān)測氣體溫度；
2. 利用HWS模式，將電芯溫度逐漸升高直至引發(fā)熱失控，以此模擬電池在實際使用中因溫度異常升高導致的熱失控情況；
3. 在實驗過程中，同步記錄溫度、壓力等關鍵數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析提供全面、準確的數(shù)據(jù)基礎。
三. 實驗結果
圖3 152Ah磷酸鐵鋰電池 (a)氣體溫度與標準狀況下氣體量曲線及(b)產氣速率-溫度曲線圖
圖4 280Ah #1磷酸鐵鋰電池 (a)氣體溫度與標準狀況下氣體量曲線及(b)產氣速率-溫度曲線圖
圖5 N280Ah #2磷酸鐵鋰電池 (a)氣體溫度與標準狀況下氣體量曲線及(b)產氣速率-溫度曲線圖
表1 磷酸鐵鋰及NCM三元產氣測試數(shù)據(jù)表
觀察實驗結果發(fā)現(xiàn)，三個電池的單位容量產氣量都在0.7SL/Ah左右，說明磷酸鐵鋰電芯的熱失控產氣行為較為一致。但同時我們觀察到三個電池的最大產氣速率相差較大，尤其是兩個電解液配方不同的280Ah電芯最大產氣速率相差2倍以上，該參數(shù)也可用于表征鋰電池熱失控劇烈程度。
四.結論
利用BAC-800B大型絕熱量熱儀，研究人員可精準獲取鋰電池熱失控過程中的產氣速率、產氣量等關鍵數(shù)據(jù)，深入剖析鋰電池熱失控內在機制，為研發(fā)更安全的鋰電池提供科學依據(jù)。此外，BAC-800B還配備了采氣在線分析接口，結合聯(lián)用方案，可進一步獲取熱失控產氣過程中的氣體成分、爆炸極限等核心參數(shù)，實現(xiàn)更全面的系統(tǒng)性分析，助力電池材料與電池結構的優(yōu)化。另，鋰電池熱失控產氣測試是國內鋰電企業(yè)出海檢測的必要項目，能夠為鋰電池的安全性評估提供全面、可靠的數(shù)據(jù)支持，助力國內企業(yè)成功出海！
# 聯(lián)用方案 #
