锂电池热安全评估解决方案

1、锂电池热安全评估实验室仪器解决方案目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1.锂电池热失控研究1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 锂电池热失控机制研究技术1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 锂电池热扩散及热蔓延性能评估技术2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 3.1导热系数测试仪3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3.2电

2、池模组热阻测试仪4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3.3热扩散试验仪4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 典型客户及合作案例简介5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4.1典型客户5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 锂电池热失控行为测试案例6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 软包电芯导热系数测试案例7 锂电池热失控研究锂电池安全性是制约锂电

3、池大规模应用的重要因素，锂电池热失控主动防控技术研究和应用是提升锂电池安全性的有效措施。深入认识锂离子电池安全性就必须系统地研究锂离子电池热失控及热扩散机制，明确锂离子电池发生热失控及热散失等行为表征及具体危害方法，进而实现电池安全性能可靠监管。基于此，现有的锂电池热失控研究主要分为两个方面：其中一方面为锂电池热失控机制的研究，包括锂电池热失控诱因、材料热稳定性及电池系统反应热动力学等；另一方面为锂电池热扩散和热蔓延性能研究，包括锂电池自身热散失能力、锂电池组热蔓延的机制和防治、锂电池组热设计优化等。其主要研究思路为通过实验获得锂电池材料、锂电池单体热失控行为，分析锂电池热失控机制，结合热扩散

4、测试等量化锂电池热物性参数，运用数值模拟仿真大规模锂电池组热蔓延、热失控行为，优化锂电池、锂电池组热设计，实现锂电池热失控的有效防控。而可靠的实验工具和丰富的实验手段是获得准确的热失控机制和热物性参数的重要保障，也是开展锂电池热失控研究及热管理优化设计的前提。为此，杭州仰仪科技公司秉承让日常生产和生活更安全的使命，结合前期在安全领域的长期耕耘，为锂电池研发、生产及安全检测部门提供了从电池原材料到大型电池组安全检测及热物性测试的一整套实验方法和仪器解决方案。锂电池热失控机制研究技术为了获得准确的锂电池热失控机制，需运用量热仪器及相应实验开展从锂电池材料到锂电池单体及电池组的反应热动力学研究，涉及

5、的主要仪器是绝热加速量热仪（BAC-90A、BAC520A）。针对锂电池安全检测，仰仪科技自主研发了绝热加速量热仪BAC-90A和BAC-520A，如图1所示。其中BAC-90A主要针对锂电池电解液、粉末状及小颗粒原材料、纽扣电池、18650圆柱型电池、小型软包电池的热失控行为测试；BAC-520A主要针对大型锂电池单体、锂电池模组的热失控行为测试。BAC-90A和BAC-520A通过集成热滥用、电滥用、机械滥用等功能，模拟锂电池各种热失控诱发因素及最糟糕热失控环境（绝热环境），同步采集各种滥用条件下电池电压、电流、电量、温度、压力、时间数据，可直接测得更加准确的电池热失控起始温度、最大热失控

6、速率、绝热温升等热行为参数。图1绝热加速量热仪BAC-90A。左侧为量热仪主体，右侧为电池充放电管理设备锂电池热扩散及热蔓延性能评估技术定量的热物性参数及热蔓延特性是开展锂电池热散失及锂电池模组间热传播数值研究的基础。而由于锂电池本身的材料种类多样性、新颖性及结构复杂性，且其热物性缺乏文献数据，使得开展锂电池单体或锂电池组传热建模主要依靠研究人员经验，可信性不高。针对这一情况，泰默-仰仪基于主动热成像技术开展了热物性测试技术和装置的研制，其基本原理如图2所示。可在不拆解、不破坏试样，不允许制样的条件下实现形状不规则样品各向异性的热物性原位检测。涉及的装置包括热导系数测试系统、电池模组热阻测试系

7、统、石墨膜导热系数测试系统、单体及电池组热扩散测试系统等。任意形式能量转换或传递如：辐射、电磁、超声加热、传热模型影响测试对象加热、传热的任意特征,、.比如：裂纹、热导率、接触热阻。图2基于主动热成像的热物性测试技术示意图3.1导热系数测试仪图3锂电池热导系数测试系统（可根据被测对象大小、形状现场安装调试）软包电芯、硬壳锂电池热导系数是反应锂电池热扩散能力的重要参数之一。泰默-仰仪基于激光加热技术，结合热成像数据分析及传热反演，实现锂电池热导系数精确测量。3.2电池模组热阻测试仪电池模组热阻测试是评价电池热蔓延和热传播的重要参数，也是电阻组装厂及电动汽车生产企业评价电池模组散热能力的质控参数之

8、一。泰默-仰仪基于传热反演技术，可实现电池模组热阻精确测量。框架模组电池包电芯绝缘层图4电池模组热阻测试仪3.3热扩散试验仪锂电池单体或锂电池组的热扩散试验可直观的反应锂电池的热扩散能力。热扩散试验测试系统主要通过主动加热和针刺两种方式触发热失控，并实时监测电压及温度数据，为锂电池热稳定性评估提供实验依据。加热是在给定固定功率的情况下通过加热棒或柔性加热器插入、紧靠、环抱电池单体或电池组进行；针刺是通过电机调整钢针位置和方向对电池单体或电池组进行穿刺；电压监测和温度采集则是通过数据采集模块完成，通过电压阈值比较和温度数据求导，实现热失控条件判定；同时通过高速摄像机记录热失控全过程影像信息，抓取

9、热失控触发开启、热失控触发停止、外部烟、火、爆炸等关键事件照片，生成热扩散实验报告。本装置的研制对于锂离子电池安全性检测、问题科学研究、风险预测以及事故调查分析具有重要技术支撑作用。测试系统针刺、加热、测温布置示意图如图5和6所示。针刺触发时，温度传感器的位置应尽可能接近短路点。加热触发时，温度传感器布置在远离热传导的一侧，即安装在加热装置的对侧（如图6）。图5针刺触发时温度传感器的布置位置示意图硬壳及软包电池圆柱形电池-I圆柱形电池-II图6加热触发时温度传感器的布置位置示意图加热装置加热装置（电阻丝）温度监测器典型客户及合作案例简介4.1典型客户表1所示的是国内使用仰仪-泰默的储能介质安全

10、评估仪器的典型客户表1仰仪-泰默锂电池安全检测业务典型客户列表客户类别客户名称科研检测机构中国安全生产科学研究院中石化青岛安全工程研究院沈阳化工研究院中国民用航空总局第二研究所应急管理部天津消防所南京工业大学上海化工研究院企业微宏动力系统（湖州）有限公司北京富尔邦科技有限公司上海索尔维投资有限公司4.2锂电池热失控行为测试案例应第三方检测单位邀请，参与淘宝18650型锂电池安全性能测试研究。运用绝热加速量热仪开展HWS模式测试2000mAh锂电池安全测试，如图7和8所示。结果表明，2000mAh锂电池起始分解温度为88.819C，最大温升速率为102.836C/min,绝热温升为308.523

11、C，最高温度为397.342C。400380360340320300-280260-160-140-120-宀240-C醫200-制180-10080-6040-20-100200300400500600700800900100011001200-150-190-ISO-180-170-170-ISO-ISO图72000mAh锂电池测试实验图(q3.n)-150-150-140-140-130-130-120-120-110豁110-loo7-loo-905-90以0.2C速率在绝热模式下对电池充放电，研究其热失控行为如图9,10所示。结果表明，锂电池在57.877C开始反应，并逐渐达到热失控

12、。图9充放电模式下4800mAh锂电池热失控行为测试525-4500-500-4400-475-4300-450-4200-425-4100-400-4000-375-3900-350-3800-325-3700-r?J3600-3O-f35oo-赳275-EHsi希3400-250-3300-225-3200-200-3100-175-3000-150-2900-125-2800-100-2700-75-2&00-50-2500-1200-200-150-1000-180-170-BOO-l&O-150-600-140-130-120-200-110g-100-0-80-200-70-&0-400-50-40-600-30-SOO-20-10,-1000-0图104800mAh锂电池热失控时间-温度-电压-电流图。其中蓝色为锂电池温度，黑色为电压紫色为电流软包电芯导热系数测试案例应动力电池厂商邀请，参与其生产的软包电芯热导系数测试，并与常规的测试方案进行结果比对，图11所示。热导系数测量结果见表2。3.532.54005250.512020401001206080时间/s-60