摘要

本文采用外部加熱的濫用方式觸發(fā)18650三元鋰電池?zé)崾Э兀ㄟ^(guò)經(jīng)定制化改造的ATC 300A自動(dòng)氧彈量熱儀測(cè)定其熱失控總放熱量，研究發(fā)現(xiàn)電池?zé)崾Э睾蟮馁|(zhì)量損失與總放熱量呈正相關(guān)。

圖1 定制型ATC 300A自動(dòng)氧彈量熱儀

前言

電池?zé)崾Э乜偡艧崃渴橇炕療崾Э仄茐牧Φ暮诵闹笜?biāo)，對(duì)電池?zé)峁芾碓O(shè)計(jì)和熱安全管理具有重要指導(dǎo)意義。常用的絕熱式熱分析儀器高度依賴比熱容的精確測(cè)定，且電池?zé)崾Э厮查g放熱速率較快，溫度追蹤不及時(shí)會(huì)造成量熱誤差，無(wú)法獲取完整的電池放熱量數(shù)據(jù)。

自動(dòng)氧彈量熱儀是一種基于等溫量熱原理測(cè)量物質(zhì)燃燒熱的儀器。儀器將密閉氧彈浸沒于充滿水的內(nèi)筒中，通過(guò)燃燒氧彈內(nèi)一定量的可燃物來(lái)開展測(cè)試。燃燒釋放出的熱量通過(guò)氧彈傳遞至內(nèi)筒的水，根據(jù)水溫變化即可計(jì)算出可燃物的放熱量。

本研究基于定制型ATC 300A自動(dòng)氧彈量熱儀，在惰性氣氛下通過(guò)加熱片觸發(fā)18650三元鋰電池?zé)崾Э兀瑴y(cè)量其總放熱量。結(jié)果表明：空電狀態(tài)下為45896.9 J，滿電狀態(tài)下為67620.7 J。

實(shí)驗(yàn)方法

1. 實(shí)驗(yàn)條件

測(cè)試儀器：定制型ATC 300A自動(dòng)氧彈量熱儀

測(cè)試方法：GB/T 213-2008

實(shí)驗(yàn)樣品：18650三元鋰電池

熱失控觸發(fā)方式：加熱片觸發(fā)（20V/5A）

2. 測(cè)試過(guò)程

打開定制型ATC 300A自動(dòng)氧彈量熱儀；

Step1：準(zhǔn)備空電/滿電的18650三元鋰電池，稱重并記錄其電壓值；

Step2：將加熱片與電池緊密貼合，連接加熱片并組裝至氧彈內(nèi)，如圖2所示；

圖2 電池安裝至氧彈內(nèi)

Step3：將裝好的氧彈懸掛至儀器上，設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，填寫樣品信息；

Step4：開始實(shí)驗(yàn)，儀器自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試；

Step5：實(shí)驗(yàn)結(jié)束，取下氧彈并進(jìn)行清理；

Step6：重復(fù)測(cè)試，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。儀器內(nèi)部通過(guò)加熱片觸發(fā)18650三元鋰電池?zé)崾Э兀瑴y(cè)試獲得的燃燒熱扣除加熱片輸入熱量即為電池總放熱量。

圖3 定制型ATC 300A自動(dòng)氧彈量熱儀

如表1所示，空電狀態(tài)下電池三次重復(fù)測(cè)試的總放熱量均值為45896.9J，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為3.25%；滿電狀態(tài)下電池總放熱量為67620.7J。

表1 18650鋰電池總放熱量測(cè)試結(jié)果

在上述測(cè)試中，三次空電狀態(tài)下電池?zé)崾Э販y(cè)試后的狀態(tài)與質(zhì)量不同，可能是電池總放熱量存在偏差的主要原因。測(cè)試后電池狀態(tài)如圖4所示：空電狀態(tài)下b電池燃燒后較為完整，a與c電池燃燒后狀態(tài)較為接近，均發(fā)生內(nèi)容物噴出；滿電狀態(tài)下d電池燃燒較為劇烈，基本僅存外殼。

圖4 a/b/c空電與d滿電18650鋰電池?zé)崾Э睾鬆顟B(tài)

從測(cè)試結(jié)果看，空電狀態(tài)下b電池總放熱量最小，a與c結(jié)果相差不大，滿電狀態(tài)下d電池總放熱量最大。電池?zé)崾Э厝紵昂蟮馁|(zhì)量損失與總放熱量呈正相關(guān)，失重比越大，總放熱量越大。

結(jié)論

本文利用加熱片觸發(fā)電池?zé)崾Э氐姆绞剑ㄟ^(guò)定制型ATC 300A自動(dòng)氧彈量熱儀測(cè)定18650三元鋰電池在空電/滿電狀態(tài)下的熱失控總放熱量，為鋰電池?zé)峁芾碓O(shè)計(jì)及消防安全評(píng)估提供關(guān)鍵基礎(chǔ)參數(shù)。