锂离子电池安全性评估的ARC测试方法和数据分析

研究背景

近年来锂离子电池，尤其是电动车动力电池安全事故频发。如何解决锂离子电池的安全隐患，以及如何评估锂离子电池的安全程度一直是业内的热点话题。

锂离子电池的安全性研究可以分为如下领域：① 电池热失控机理研究，包括电池发生安全性事故的原因，热失控的发生及演变规律；② 电池安全程度的测试评估方法与标准，主要研究如何对电池进行测试能够科学体现电池的安全性，以及采用哪些指标或者参数来评估电池的相对安全程度；③ 提高电池安全程度的技术，包括电池关键材料的热稳定性研究及改进，可提高电池安全性的功能性添加剂，电池设计和热管理；④ 电池安全可靠性的测试评估方法与模型，主要研究电池（尤其是动力电池）发生安全性事故的概率，包括如何指征电池产品的可靠性，以及采用何种模型评估电池的可靠性，如何提升电池的可靠性等等。作者将在后续文章中重点讨论安全可靠性的相关问题。

创新点及解决的问题

锂离子电池安全性能可以通过电池热失控过程的量热分析来进行定性和定量评估。电池在不同温度下的放热速率及累计放热量是衡量电池热稳定性的参数。动力电池的量热分析通过绝热加速量热仪进行。本文主要介绍加速量热仪的测试原理和方法、数据分析方法，并对电池安全程度的评估方法提出了建议。

重点内容导读 

1  ARC测试原理和方法

1.1  加速量热仪特点

1.2  加速量热仪工作原理及样品测试方法

图1  ARC工作流程（a），内部结构（b），绝热原理（c）示意图

2  测试方法及步骤

2.1  材料热失控测试

图2  ARC测试材料热失控时的样品安装方法

2.2  电池热失控测试

图3  ARC测试电芯热失控的样品安装示例

2.3  电池比热容测试

图4  方形电池加热片打包方式

图5  电池悬挂于量热腔中

图6  圆柱形电池加热片打包示例

图7  比热容测试电池于量热腔中

2.4  电池充放电产热特性测试

图8  ARC测试充放电产热特性时的样品电池安装示例

3  ARC测试数据分析方法

3.1  比热容测试

3.2  安全性测试

图9  电池热特性温度-时间曲线

4  利用ARC数据对电池进行安全性评估

结  论

锂离子电池的安全性评估是一件复杂的系统工程，其中又含电池本征安全程度的评估和电池安全可靠性的评估。本文提出一种可以重复的具有科学基础的测试评估方法，即采用电池自加热起始温度T0、热失控临界温度Tc、热失控酝酿时间Δt三个参数作为电池安全程度的评价指标，并建议了这些参数的加权计分评估方法。希望本文能够“抛砖引玉”，为电池本征安全程度的评估研究提供新的思路及可行方案。

标签：锂离子,失控,安全性,ARC,测试方法,测试,电池,评估
来源： https://blog.51cto.com/u_15127589/2743227