专家解读｜电池热失控测试结果判定与应用

PART/01

本文出处：

厦门大学古雷石化研究院反应风险评估实验室（RHEL）专家团队

《电池热失控测试结果判定与应用》

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PART/02

近年来新能源电池热失控安全事故备受关注，电池热失控过程中，电池内部温度升高，伴随着气体释放、外壳破裂、电解液喷出，最后导致电池爆炸。为了减少和避免电池安全事故的发生，提高电池的安全性能，迫切需要深入研究热失控的发生机制、热失控特性以及热扩散过程。通过不同的测试模式可获得电池的热失控特性参数，为电池的安全设计和热失控的有效防控提供科学依据。

PART/03

1.快筛模式：设定起始温度、终止温度、升温速率等参数。

炉体根据设定的程序进行升温，从起始温度开始，按照固定升温速率加热，直至达到终止温度。在这个过程中，我们可以在数据采集仪上观察到电池样品温度变化以及炉体压力变化。

(1)压力：通过绝压传感器测量，该传感器的正常量程为0―50bar，精度可达±0.1% bar；

(2)温度：在标准配置中，使用一根K型热电偶测量电池样品表面的温度变化，数据精度为 0.1 ℃；

(3)产气量:通过数据计算，可以得出电池热失控的总产气量；

(4)产气组分:利用在线或离线GC或GC-MS对电池热失控后的气体组分进行分析；

(5)电池材料放热特性研究：将适量样品(正极或负极与电解质)装入ARC测试球，以绝热升温模式进行放热特性测试。

2.加热-等待-搜寻（H-W-S，图1）模式：设定起始温度、终止温度、温度梯度值、灵敏度等参数。

电池/样品以加热-等待的步阶方式进行升温。在每一步阶的搜寻段，检测电池/样品的温度变化速率是否超出设定阈值。

(1)如未超出阈值，则进入下一步阶；

(2)如超出阈值，表明电池/样品可能发生了放热反应，此时体系进入绝热跟踪模式，跟踪“失控反应”全过程直至反应完成。

图1 加热-等待-搜寻模式

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1.数据完整：实验过程全程记录（图2），主要包括三个阶段：加热-等待-搜寻段、失控段、冷却段。

2.台阶平整：在加热-等待-搜寻段，每一步台阶要保持平整，确保炉体温度与样品温度一致，以精准判定起始温度。

3.结果重现：每次热失控测试要进行重复实验，两次实验的特性参数值需在国标或国际通用误差范围以内。

图2 电池热失控过程中温度随时间变化

利用量热仪进行热失控测试，可获取Tonset、Tcr、Tmax等热失控特性参数（表1），将帮助我们更好地了解电池单体或电池模块在不同条件下的热失控行为，从而为电池的设计、制造和使用提供指导。通过科学的安全设计和有效的防控措施，可确保电池在使用过程中的安全性能，降低热失控带来的风险。这项研究对于推动本质安全电池技术的发展和提高电池应用的安全性具有重要意义。

表1 电池热失控特性参数