ARC绝热加速量热技术在电池热安全性评估中的应用

　　ARC 绝热加速量热技术通过模拟理想绝热环境，精准捕捉电池从自发热到热失控的全过程，是评估锂电池热安全、筛选材料与优化热管理的核心手段。

　　一、技术原理与核心优势

　　1. 基本原理

　　ARC(Accelerating Rate Calorimeter) 基于加热 - 等待 - 搜寻(HWS) 模式：

　　加热：阶梯升温(如 50℃起，步长 5℃);

　　等待：恒温 60 min，达成热平衡;

　　搜寻：检测自发热速率(灵敏度 0.02℃/min);

　　绝热跟踪：一旦检出自发热，腔体同步追踪样品温度，零热损失，直至热失控。

　　2. 核心优势

　　绝热保真：Phi 因子≤1.05，近乎零热损失，复现真实失控场景;

　　参数全面：同步获取温度、压力、电压、产气多维数据;

　　早期预警：捕捉自发热起始(Tonset)→失控触发(TTR)→峰值(Tmax) 全过程;

　　定量动力学：输出活化能、反应级数、产热功率，支撑模型与仿真。

　　二、电池热安全关键参数提取

　　ARC 可精准量化以下热安全指纹参数：

　　三、核心应用场景

　　1. 电芯级热失控机理研究

　　解析SEI 分解→负极脱嵌→电解液燃烧→正极释氧链式反应;

　　对比不同体系(三元 / NMC、磷酸铁锂 / LFP、锰酸锂 / LMO)热稳定性：LFP>NMC>LMO;

　　评估SOC、循环老化、水分 / 杂质对热安全的影响：高 SOC / 老化电芯 TTR 显著降低。

　　2. 材料与电解液安全筛选

　　正极：高镍 NMC 热稳定性差，富锰 / 低钴更优;

　　负极：硅碳膨胀致界面劣化，天然石墨更稳定;

　　电解液：阻燃添加剂(FPE)可使 TTR 提升 40℃、Tmax 降低 200℃;

　　隔膜：陶瓷涂层可提高 Tonset，抑制内短路。

　　3. 滥用工况模拟与风险评估

　　过充：监测过充产热、析锂、电压崩溃点;

　　短路：模拟外短路 / 内短路触发失控的临界电流 / 时间;

　　高温存储：评估 **60–85℃** 长期静置的自发热风险;

　　针刺 / 挤压：结合 ARC 与机械滥用，量化机械 - 热 - 电耦合失效。

　　4. 热管理与防护设计优化

　　为BMS提供Tonset/TTR预警阈值;

　　为液冷 / 风冷设计提供产热功率(Pₘₐₓ) 与热流密度;

　　为隔热 / 防爆设计提供Tmax、压力峰值、产气组分;

　　为模组 / 包级热失控传播仿真提供单体触发参数。

　　5. 标准合规与安全认证

　　支撑GB 38031、UN 38.3、IEC 62660等热滥用测试;

　　提供热失控触发温度、温升速率、产气等关键数据，用于安全评级与风险分级。

　　四、测试方法与典型流程

　　样品准备：电芯100%SOC，开路电压稳定，表面贴K 型热电偶;

　　参数设置：起始50℃(NMC)/60℃(LFP)，终止300℃，步长5℃，等待55 min，搜寻10 min;

　　数据采集：实时记录温度、压力、电压、时间;

　　失控判定：dT/dt>5℃/min视为热失控触发;

　　后处理：分析Tonset、TTR、dT/dtₘₐₓ、产气(CO、H₂、VOC) 等。

　　五、与其他热分析技术对比

　　结论：ARC 是唯一能在单体级别复现绝热失控并输出动力学参数的技术，为电池热安全评估的金标准。

来源：网络