摘要
本文利用杭州仰儀科技有限公司BAC-420A大型電池絕熱量熱儀對帶不同夾具的標(biāo)準(zhǔn)電阻塊進(jìn)行絕熱熱失控模擬實(shí)驗(yàn)，以探究不同類型的夾具對電池?zé)崾Э靥卣鲄?shù)或絕熱溫升特性測試結(jié)果的影響。
前言
規(guī)避鋰電池?zé)岚踩L(fēng)險(xiǎn)的前提是獲取電池的熱特征參數(shù)，從而設(shè)計(jì)相應(yīng)的防護(hù)措施與預(yù)警機(jī)制。目前，行業(yè)內(nèi)主要利用電池絕熱量熱儀（ARC）測試鋰電池的關(guān)鍵熱參數(shù)，該儀器能夠在絕熱狀態(tài)下測定電池的自發(fā)熱特性，從而獲取電池絕熱熱失控特征參數(shù)或絕熱溫升特性數(shù)據(jù)（GB/T 36276-2023）。
在上述實(shí)驗(yàn)過程中，電池在高溫下內(nèi)部產(chǎn)氣易發(fā)生鼓脹，通常需要使用夾具固定溫度傳感器，防止由于傳感器虛接或脫落導(dǎo)致測溫異常，確保測定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。然而，夾具存在一定的熱惰性，實(shí)驗(yàn)過程中可能會吸收電池釋放的部分熱量，導(dǎo)致電池溫升速率的檢測結(jié)果偏低，自放熱起始溫度Tonset等測定結(jié)果滯后。
為科學(xué)、合理地驗(yàn)證夾具對電池?zé)崾Э鼗蚪^熱溫升特性測試結(jié)果的影響，本文利用電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)裝置進(jìn)行驗(yàn)證，模擬某款三元鋰離子電池的熱失控溫升曲線，以評估不同夾具類型和安裝方式帶來的樣品自放熱速率檢測誤差。
圖1 電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)裝置
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1. 無夾具
圖2 不帶夾具的標(biāo)準(zhǔn)電阻塊
圖3 不帶夾具的標(biāo)準(zhǔn)電阻塊HWS溫升(左圖)及溫升速率-溫度(右圖)曲線
2. 金屬板夾具
圖4 金屬板夾具制樣
圖5使用金屬板夾具的標(biāo)準(zhǔn)電阻塊HWS溫升(左圖)及溫升速率-溫度(右圖)曲線
3. 內(nèi)附隔熱膠帶的金屬板夾具
圖6 內(nèi)附隔熱膠帶的金屬板夾具制樣
圖7帶內(nèi)附隔熱膠帶金屬板夾具的標(biāo)準(zhǔn)電阻塊HWS溫升(左圖)及溫升速率-溫度(右圖)曲線
4. 帶保溫棉夾層的金屬板夾具
圖8 帶保溫棉夾層的金屬板夾具制樣
圖9 使用帶保溫棉夾層金屬板夾具的標(biāo)準(zhǔn)電阻塊HWS溫升(左圖)及溫升速率-溫度(右圖)曲線
5. 鋼制肋條夾具
圖10 鋼制肋條夾具制樣
圖11 使用鋼制肋條夾具的標(biāo)準(zhǔn)電阻塊HWS溫升(左圖)及溫升速率-溫度(右圖)曲線
進(jìn)一步將不同裝夾方式下測定的標(biāo)樣溫升速率進(jìn)行對比，如表1所示：
表1 不同裝夾方式下絕熱追蹤階段標(biāo)樣溫升速率對照表
通過對比不同實(shí)驗(yàn)條件下標(biāo)樣在各溫度臺階的溫升速率、Tonset檢出溫度以及進(jìn)入追蹤階段不同溫度下的溫升速率，可以得出以下結(jié)論：
1. 根據(jù)圖3、圖5和圖11的對比結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)電阻塊在增加夾具后，其產(chǎn)生熱量會有一部分被夾具吸收，使ARC檢出的Tonset溫度產(chǎn)生一定的滯后，滯后程度與夾具的熱容正相關(guān)性；相對Phi值較小的鋼制肋條夾具同樣會對溫升速率檢測結(jié)果產(chǎn)生一定影響，但影響相對較小。選擇合適的鋼制肋條夾具，可以將溫升速率偏差降低至0.005℃/min以下，對Tonset溫度的檢測結(jié)果影響不大。
2. 根據(jù)圖5和圖7的對比結(jié)果，表明常用的隔熱膠帶(鐵氟龍膠帶)在實(shí)驗(yàn)過程中無明顯隔熱效果，對降低夾具Phi值無明顯作用；
3. 根據(jù)圖3、圖5和圖9的對比結(jié)果，在電池和金屬板夾具之間增加隔熱棉具有一定的隔熱效果，能顯著降低樣品向夾具傳熱，但仍無法完全隔熱。因此，使用金屬板夾具，難以避免夾具的熱惰性對測試結(jié)果的影響。
綜合上述結(jié)果，為盡可能避免夾具影響，建議使用熱容較小的鋼制肋條型夾具進(jìn)行熱電偶固定，并用隔熱棉將夾具與電池進(jìn)行隔離。
結(jié)論
本文利用杭州仰儀科技有限公司BAC-420A大型電池絕熱量熱儀和電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)裝置進(jìn)行模擬熱失控實(shí)驗(yàn)，以確定不同裝夾方式對樣品自放熱檢測的影響。結(jié)果表明，進(jìn)行HWS絕熱熱失控或絕熱溫升特性實(shí)驗(yàn)應(yīng)選用熱容較小的鋼制肋條型夾具，能夠使熱動力學(xué)參數(shù)測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。
