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應(yīng)用案例 | 18650鋰電池?zé)崾Э乜偡艧崃垦芯?/h1>

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?,通過經(jīng)定制化改造的ATC 300A自動氧彈量熱儀測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)。

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圖1 定制型ATC 300A自動氧彈量熱儀

前言

電池?zé)崾Э乜偡艧崃渴橇炕療崾Э仄茐牧Φ暮诵闹笜耍瑢﹄姵責(zé)峁芾碓O(shè)計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定,且電池?zé)崾Э厮查g放熱速率較快,溫度追蹤不及時會造成量熱誤差,無法獲取完整的電池放熱量數(shù)據(jù)。

自動氧彈量熱儀是一種基于等溫量熱原理測量物質(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,通過燃燒氧彈內(nèi)一定量的可燃物來開展測試。燃燒釋放出的熱量通過氧彈傳遞至內(nèi)筒的水,根據(jù)水溫變化即可計算出可燃物的放熱量。

本研究基于定制型ATC 300A自動氧彈量熱儀,在惰性氣氛下通過加熱片觸發(fā)18650三元鋰電池?zé)崾Э兀瑴y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。

實驗方法

1. 實驗條件

測試儀器:定制型ATC 300A自動氧彈量熱儀

測試方法:GB/T 213-2008

實驗樣品:18650三元鋰電池

熱失控觸發(fā)方式:加熱片觸發(fā)(20V/5A)

2. 測試過程

打開定制型ATC 300A自動氧彈量熱儀;

Step1:準備空電/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;

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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)置實驗參數(shù),填寫樣品信息;

Step4:開始實驗,儀器自動進行測試;

Step5:實驗結(jié)束,取下氧彈并進行清理;

Step6:重復(fù)測試,記錄實驗數(shù)據(jù)。

實驗結(jié)果

實驗裝置如圖3所示。儀器內(nèi)部通過加熱片觸發(fā)18650三元鋰電池?zé)崾Э?,測試獲得的燃燒熱扣除加熱片輸入熱量即為電池總放熱量。

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圖3 定制型ATC 300A自動氧彈量熱儀

如表1所示,空電狀態(tài)下電池三次重復(fù)測試的總放熱量均值為45896.9J,相對標準偏差(RSD)為3.25%;滿電狀態(tài)下電池總放熱量為67620.7J。

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表1 18650鋰電池總放熱量測試結(jié)果

在上述測試中,三次空電狀態(tài)下電池?zé)崾Э販y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,ac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。

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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?,通過定制型ATC 300A自動氧彈量熱儀測定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)計及消防安全評估提供關(guān)鍵基礎(chǔ)參數(shù)。



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