Понимание температуры теплового разгона при тестировании литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы имеют решающее значение для питания современных технологий, однако они сопряжены с рисками для безопасности. Исследования показывают, что тепловой разгон — состояние, при котором температура аккумулятора быстро повышается — может начаться при температуре около 70 °C (158 °F). Это явление является причиной примерно 25 % отказов, связанных с аккумуляторами, в таких устройствах, как смартфоны и электромобили. Чтобы снизить эти риски, крайне важно точно определить ключевые температуры, такие как начало самонагрева и триггер теплового разгона. Такие инструменты, как адиабатический калориметр для больших аккумуляторов BAC-420AE, обеспечивают точные измерения этих критических параметров, способствуя разработке более безопасных и надежных аккумуляторов. Управление температурой теплового разгона имеет важное значение для развития технологии аккумуляторов и обеспечения ее безопасного и эффективного использования.

Определение температуры теплового разгона в литий-ионных аккумуляторах

Для литий-ионных аккумуляторов существуют три основные причины реакций отказа: внутренние короткие замыкания, высокая температура и перезарядка (перенапряжение). Эти факторы приводят к повышению температуры, вызывая ряд внутренних химических реакций, которые генерируют тепло и газ, что может привести к возгоранию или взрыву. Эта реакция отказа в конечном итоге связана с температурой, поэтому ее называют «тепловым разгоном».

Причины теплового разгона

• Внутренние короткие замыкания: повреждения или дефекты внутри аккумулятора, приводящие к возникновению непреднамеренных электрических цепей.
• Высокая температура: чрезмерное внешнее или внутреннее тепло.
• Перезарядка (перенапряжение): зарядка аккумулятора сверх его предельного напряжения.

Характерные температуры теплового разгона

Тепловой разгон имеет три характерные температуры, полезные для сравнения тепловой безопасности различных типов батарей и определения характера распространения теплового разгона:

• Температура начала саморазогрева (T1): температура, при которой скорость повышения температуры превышает 0,02°C/мин, что обычно вызвано разложением пленки SEI (твердоэлектролитной интерфазы).
• Температура срабатывания теплового разгона (T2): температура, при которой скорость повышения температуры достигает 1°C/с, что вызвано внутренними реакциями короткого замыкания из-за повреждения сепаратора, литиевого покрытия анода или выделения кислорода из материалов катода.
• Максимальная температура (T3): самая высокая температура, достигаемая во время теплового разгона.

Процесс термического разгона

В адиабатической среде после того, как батарея достигает температуры саморазогрева T1, внутренние побочные реакции происходят спонтанно, медленно выделяя тепло и постепенно нагревая батарею до температуры T2. Повышение температуры далее запускает больше побочных реакций. Когда температура достигает T2, происходит бурная цепная экзотермическая реакция, вызывающая резкое повышение температуры. Самая высокая скорость повышения температуры в этой точке отражает скорость высвобождения энергии во время теплового разгона.

Методы испытаний на температурный разгон литий-ионных аккумуляторов

Адиабатический калориметр на батарейном питании

Адиабатический калориметр батареи обычно используется для измерения температур теплового разгона. Это устройство имитирует адиабатические условия, возникающие при реальном использовании батареи. Используя встроенную технологию термопары, он измеряет характерные температуры теплового разгона во внутреннем центре батареи, что позволяет рассчитать общую энергию, выделяемую во время теплового разгона. Этот метод эффективно минимизирует влияние случайных явлений на результаты оценки, позволяя проводить количественное сравнение безопасности батареи.

Вклад в разработку и проектирование литиевых батарей

Адиабатический калориметр батареи помогает в различных аспектах исследований и разработок литиевых батарей:

• Моделирование условий эксплуатации в условиях ненадлежащего использования: моделирует механизмы теплового разгона аккумуляторов в условиях ненадлежащего использования, помогая исследователям прогнозировать и оптимизировать срок службы аккумуляторов.
• Определение предела взрываемости: определяет условия, при которых аккумуляторы могут взорваться, оптимизирует характеристики терморегулирования аккумуляторов транспортных средств и проводит испытания на «температурный шок» аккумуляторных батарей для повышения надежности.
• Исследование выбора материалов и механизма разложения: с одной стороны, помогает исследователям выбирать подходящие электродные материалы и электролиты для повышения производительности батареи. С другой стороны, исследует механизмы разложения электродных материалов, выявляя потенциальные проблемы, которые могут возникнуть при длительном использовании батареи.
• Оценка термостабильности: оценивает термостабильность отдельных элементов и изучает термостабильность при различных состояниях заряда, обеспечивая безопасность в различных рабочих условиях.

Рекомендация по приборам: адиабатический калориметр с большой батареей BAC-420AE

Обзор BAC-420AE

Адиабатический калориметр для больших батарей BAC-420AE  настоятельно рекомендуется для тестирования температур теплового разгона в литий-ионных батареях. Это сложное устройство объединяет тепловые, электрические и механические методы проверки, дополненные видимыми/инфракрасными изображениями, сбором газа и функциями тестирования удельной теплоты. Ключевые параметры, такие как удельная теплоемкость батареи, тепловыделение во время зарядки/разрядки, температура начала теплового разгона, максимальная скорость теплового разгона и адиабатическое повышение температуры, могут быть точно измерены.

Применимые области

• Тестирование аккумуляторной батареи
• Тестирование аккумуляторных элементов

Основные характеристики и возможности

• Имитирует идеальную адиабатическую среду: BAC-420AE имитирует идеальную адиабатическую среду, позволяя напрямую измерять точные параметры теплового поведения, включая температуру начала теплового разгона, максимальную скорость повышения температуры и адиабатическое повышение температуры.
• Комплексный сбор данных: одновременный сбор данных о напряжении, токе, температуре и давлении аккумулятора позволяет проводить тщательный анализ теплового разгона.
• Интегрированный модуль зарядки и разрядки: функции включают переключение режимов, настройки зарядки постоянным током/постоянным напряжением, регулировку тока заряда/разряда и расчет емкости аккумулятора в реальном времени.
• Высокая чувствительность: устройство может похвастаться превосходной чувствительностью обнаружения самонагрева, способной обнаруживать мельчайшие изменения температуры лучше, чем отраслевой стандарт 0,02°C/мин. Это обеспечивает более точный мониторинг и регистрацию процесса теплового разгона.

Соответствие стандартам

• ГБ/Т 36276-2023
• УЛ 9540А
• ASTM E198198(2012)
• СН/Т 3078.1-2012
• USABC SAND99-0497, июль 1999 г.: 3.2 Испытания на термическую стабильность
• SAE J2464-R2009: 4.4.2 Испытания на термическую стабильность
• Freedom CAR SAND 2005-3123: 4.1 Термическая стабильность
• УЛ 1973
• ГБ 38031-2020

Технические характеристики

• Размеры адиабатической печи: диаметр 420 мм, глубина 520 мм.
• Чувствительность обнаружения самоэкзотермии: лучше, чем 0,02°C/мин
• Разница температур между печью и образцом при постоянной температуре: 0,5°C
• Диапазон регулирования температуры: от комнатной до 300°C
• Скорость отслеживания температуры: от 0,002°C/мин до 13°C/мин
• Диапазон давления герметичного баллона: от 0 до 2 МПа
• Максимальный ход иглы: настраивается программно
• Устойчивость к перегрузкам по току зарядной и разрядной колонки: от -500 А до 500 А

Расширенные возможности BAC-420AE делают его незаменимым инструментом для исследователей и инженеров, стремящихся понять и улучшить термическую безопасность литий-ионных аккумуляторов, предоставляя точные данные, имеющие решающее значение для разработки более безопасных и надежных технологий аккумуляторов.

В сумме

Понимание температуры теплового разгона литий-ионных аккумуляторов необходимо для обеспечения их безопасности и надежности. Это критическое явление, на которое влияют внутренние короткие замыкания, высокие температуры и перезарядка, может привести к серьезным отказам. Точно определяя критические температуры, такие как начало самонагрева, запуск теплового разгона и максимальная температура, мы можем лучше предвидеть и смягчать эти риски. Такие инструменты, как адиабатический калориметр для больших аккумуляторов BAC-420AE,  играют ключевую роль в точном измерении и анализе этих параметров. Этот опыт не только поддерживает разработку более безопасных аккумуляторов, но и повышает их производительность в различных приложениях, от бытовой электроники до электромобилей. В конечном счете, понимание теплового поведения литий-ионных аккумуляторов жизненно важно для совершенствования их технологий и обеспечения их безопасного и эффективного использования.