电池热分析及测试方法

万有引力LYQ 2023年9月1日浏览：1441 收藏：1

电池热分析及测试方法的图1

一、电池产热的影响：

1. 放电/充电过程，特别是大倍率充放时会产生大量热量；

2. 内部热量聚集，会引起内部温度升高；

3. 影响电池材料热稳定性，并发生性能衰退；

4. 影响电动汽车的经济性和适用性，由此引发的安全性和地寿命等存在制约；

5. 低温下启动内部极化大，瞬时发热量会造成电池的不可逆损失。

概念	英文（单位）	概念解释
吸热反应	Endothermal reaction	反应物总能量小于生成物总能量的反应。
放热反应	Exothermic reaction	反应物总能量大于生成物总能量的反应。
热管理	Temperature management	对锂离子电池的热量或温度的管理。
热稳定性	Thermal stability	表征锂离子电池承受变化热量或温度变化的能力。
热失控	Thermal runaway	蓄电池在恒压充电时电流和电池温度发生一种积累性的增强作用并逐步损坏。
热辐射	Thermal radiation	物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
热量	Heat（J）	锂离子电池工作时与外界系统之间依靠温差传递的能量。
温度	Temperature（K）	表征物体冷热程度的物理量。
温升	Temperature rise（K）	锂离子电池工作时高出外界系统的温度。
反应热	Reaction heat（J）	锂离子在正负极产生的电化学反应产生的热量。
焦耳热	Joule heat（J）	锂电池工作时，电荷在电池内部转移时，克服电池内部欧姆电阻而产生的热量。
极化热	Polarization heat（J）	锂电池在充放电过程中，因电流作用在正负极上发生极化现象而产生的热量。
分解热	Decomposition heat（J）	电池在自放电过程中或者副反应过程中产生的热量。
比热容	Specific heat capacity（J/( kg·K )）	单位质量物体改变单位温度时吸收或放出的热量。
导热系数	Thermal conductivity（W/(m·K)）	在稳定传热条件下，对于两侧表面温差为1K的单位厚度的材料在单位时间内通过单位面积所能传递的热量。

二、电池产热的影响——热失控

1. 系统层面的热失控

① 演变：电池老化（演化）&突发事件（突变）；

② 触发：发生热失控与起火燃烧的转折点；

③ 扩展：单体或少量电池触发后向周围传递，发生次生危害。

2.电芯层面的热失控

① 产热速度过快，导致大量的热量在锂离子电池的内部积聚，诱发了一系列的副反应（如负极SEI膜分解，正极活性物质分解，释放出氧化性很高的游离氧，与电解液发生氧化反应），这些副反应会进一步导致锂离子电池内部的热量积聚，压力增大，最终导致锂离子电池起火爆炸，形成严重的安全问题。

② 内部诱因：低温充电、负极缺陷和过充导致负极形成的锂枝晶穿透隔膜引发短路，锂离子电池内部多余物刺穿隔膜引发短路等；

③ 外部诱因：大电流放电，正负极短路，高温，挤压、针刺等因素；

④ 安全阀：发生热失控且内压到阈值时，安全阀破坏，释放内压，避免更严重问题；

电池热分析及测试方法的图2

电池热分析及测试方法的图3

阶段	图示	温度范围	特征描述
I	图6(a)	50-100	当热失控触发发生后，电池因受到异常加热而温度升高，此阶段电池发生高温条件下的容量衰减。
II	图6(b)	90-120	电池负极表面SEI膜分解，负极与电解液直接接触并发生反应。反应放出量热仪可测的热量，绝热条件下，电池温度受自生热影响继续升高。温度在100~110℃，电解液气化导致电池膨胀，安全阀可能会打开，部分电解液泄漏。
III	图6(c)	120-140	PE基质的隔膜吸热熔化并开始闭孔。由于隔膜的关断效应，电池内阻迅速上升。该款电池的隔膜上具有陶瓷涂层，隔膜闭孔后不会迅速崩溃造成内部大规模短路的发生。
IV	图6(d)	140-260	正极/负极分别与电解液发生反应，反应放热造成电池温度继续升高。随着温度的升高，反应放热速率逐渐加大。
V	图6(e)	260-740	陶瓷涂层崩溃，电池内部发生大规模内短路，电池电压急坠为零，并放出大量的热。内部高温反应同样集中释放出大量的热量。瞬时累积的大量热量带来电池温度的瞬间大幅升高，即热失控发生。另外，生热反应也会产生大量的气体，电池内部压力急剧升高，电池内部物质随着高压气体喷出。
VI	图6(f)	740-850	热失控快速放热后，部分残留的放热反应还能够将电池温度再升高一段，直到达到最高温度。
VII	图6(g)	850-常温	热失控放热反应结束，残余物降温至常温。