电池自加热温度(通常称为自放热起始温度,即 T_onset)是评估锂电池本征安全性的核心指标之一。它指的是在绝热条件下,电池内部化学反应产生的热量开始大于向外散失的热量,从而导致电池自发、不可逆升温的临界温度点。一旦超过这个温度,电池就会进入自我加速加热的危险状态。
测定这一关键参数,行业内公认精准的方法是使用绝热加速量热仪(ARC)。下面是关于该测定方法的详细解析:
核心测试原理与设备
测试设备:绝热加速量热仪(ARC)。这类设备(如仰仪BAC系列、THT ARC等)的核心是一个能够实时追踪样品温度的绝热腔体。
工作原理:仪器通过“加热-等待-搜寻”(HWS)的台阶式升温模式工作。在每个温度台阶上,系统会暂停加热并进入高度绝热状态,极其灵敏地监测电池是否产生自发热。
标准测定流程(HWS模式)
一次完整的自加热温度测定通常包含以下几个严谨的步骤:
样品准备与预处理
将待测电池充电至指定的荷电状态(SOC),并在电池表面的中心位置紧密贴合高精度的热电偶传感器,以准确捕捉其温度变化。
仪器校准(温差基线测试)
为了排除环境干扰,正式测试前通常会使用与电池尺寸相同的标准铝块进行“温差基线”校准,确保仪器的绝热性能达到z佳状态(壁样温差极小)。
执行 HWS 阶梯扫描
加热(Heat):仪器将电池环境温度升高一个设定的步长(例如 5℃)。
等待(Wait):到达目标温度后,保持恒温一段时间,使电池内部与环境达到热平衡。
搜寻(Search):在绝热环境下,系统以极高的灵敏度(常规阈值为 0.02℃/min,高精度设备可达 0.005℃/min)搜寻电池的温升速率。
如果温升速率低于阈值,说明没有发生自放热,仪器自动进入下一个“加热-等待-搜寻”循环。
如果温升速率持续超过预设阈值,仪器判定电池已触发自加热反应,随即锁定该温度点并开始全程追踪记录。
数据解读与安全意义
当测试完成后,通过分析温升速率-温度曲线,可以精准提取出自加热起始温度(T_onset)。这个数据对电池研发和安全管理具有极高的价值:
划定安全红线:T_onset 明确了电池发生不可逆热失控的z低温度边界。例如,某款电芯测得的 T_onset 为 76.6℃,那么在日常使用中就必须严格避免让电池内部温度接近或达到此数值。
指导 BMS 策略制定:电池管理系统(BMS)中的充放电温度保护阈值、高温报警限值等核心参数,必须基于 T_onset 来科学设定,从而留出足够的安全余量。
材料与配方筛选:在研发阶段,可以通过对比不同正极材料、电解液配方或老化状态下电池的 T_onset,来量化评估哪种方案的热稳定性更好(T_onset 越高,代表电池越不容易被“点燃”)。
来源:网络
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