市面上的電瓶車品牌種類繁多，但其能量來源基本以鋰電池或鉛酸電池為主。作為重點關注鋰電池熱安全測試解決方案的行業(yè)專家，我們將從更加科學的角度，帶您了解電池熱失控背后的機理。

　　鋰電池熱失控測試與關鍵儀器

　　熱失控指電池單體放熱連鎖反應引起電池溫度不可控上升的現(xiàn)象。造成動力電池熱失控的誘因主要有機械濫用、電濫用和熱濫用，熱失控可能由這三個因素單獨或者耦合誘發(fā)。

 圖1 鋰電池熱失控過程圖[1]

　　結合電池材料熱穩(wěn)定性與分解特征，鋰電池熱失控過程大致分為三個階段：

　　(1)自反應放熱階段：由于內部短路，外部加熱或者電池自身在大電流充放電時自身發(fā)熱，使得電池內部溫度上升至90~100℃左右，SEI膜開始收縮分解，正負極材料與電解質發(fā)生接觸，負極開始與電解液反應，放出熱量進一步提高溫度;

　　(2)電池放氣鼓包階段：鋰電池溫度持續(xù)上升至200℃以上，正極發(fā)生分解反應，釋放熱量并產生氣體，使得電解質發(fā)生分解，進一步升溫;

　　(3)電池熱失控爆炸階段：*的溫度，導致鋰電池發(fā)生大規(guī)模內短路，電解液燃燒放出大量熱量與氣體，進而導致電池燃燒爆炸。

　　電池熱失控是電池安全的重要組成部分，關于鋰電池熱失控方面的研究也是鋰電池行業(yè)研究的熱點。包含鋰電池熱失控要求和測試方法的標準有GB/T 36276-2018、UL 9540A:2018和UL 1973:2018等。GB/T 36276-2018側重于檢測儲能用鋰離子電池在發(fā)生熱失控時是否發(fā)生起火、爆炸。

　　如若發(fā)生起火、爆炸，試驗終止且判定型式試驗不合格，直接影響產品的出廠使用;UL 9540A:2018側重于檢測儲能系統(tǒng)用電芯發(fā)生熱失控時，對其起火特性進行評估，獲得相關數據，以用于確定儲能系統(tǒng)防火防爆措施;UL 1973:2018側重于檢測電池系統(tǒng)中電芯發(fā)生熱失控時，對周圍電芯及電池系統(tǒng)的影響，獲得相關數據，以便通過電芯設計減少單個電芯失效時對整個電池系統(tǒng)的影響。

　　GB/T 36276-2018和 UL 9540A:2018觸發(fā)電芯熱失控的方法均為加熱法[2]。UL 1973:2018除采用外部加熱法外，提供了多種觸發(fā)熱失控方法，包括內部缺陷類：導電污染物、隔膜破壞、內部加熱器;外部應力類：外部加熱器、擠壓機制、針刺、短路、過充。

　　為了能夠更準確地對鋰電池的熱安全性能進行評估，研究者希望能夠在絕熱實驗環(huán)境下對鋰電池進行熱失控測試，測試的關鍵儀器為電池絕熱量熱儀。電池絕熱量熱儀通過追蹤電池溫度變化，并動態(tài)調節(jié)環(huán)境溫度，可消除電池與環(huán)境之間的溫差，從技術層面實現(xiàn)系統(tǒng)的熱動態(tài)封閉。在這種絕熱測試環(huán)境下，電池的溫度變化必然是自身吸放熱導致的。因此通過絕熱量熱儀可以準確測定電池熱失控過程中的關鍵參數。

 圖2 GB/T36276-2018 熱失控試驗加熱裝置示意圖[2]

　　以18650電池為例，可利用小型電池絕熱量熱儀進行測試。利用儀器的H-W-S工作模式進行熱失控實驗，可以得到如圖3所示的電池熱失控溫升曲線。曲線前半部分為“H-W-S” 模式，儀器將通過外部加熱實現(xiàn)電池臺階式升溫，并重復進行加熱-等待-搜尋過程，直至檢測到鋰電池開始自放熱。

　　隨后儀器將自動跳轉為“絕熱追蹤”模式，電加熱系統(tǒng)將控制電池周圍的環(huán)境溫度緊跟電池溫度變化，確保電池產熱*用于升高自身溫度。通過鋰電池熱失控曲線，我們可以對其中一些特殊的溫度點進行測定和分析，評估電池的熱安全性能。

　　例如，Tonset是鋰電池自放熱起始溫度，電池自產熱速率高于0.02 ℃/min，可以認為該溫度下SEI膜開始分解。高于此溫度，電池將出現(xiàn)明顯的自產熱;而TTR是熱失控引發(fā)溫度，一般定義為電池的自產熱速率高于1℃/s 的溫度。在此溫度后，電池將出現(xiàn)劇烈溫升，溫升速率可能高達105 ℃/min，同時一般會伴隨產生大量的光和熱;Tmax是鋰電池熱失控過程能達到的最高溫度。

 圖3 18650電池熱失控測試溫升曲線

　　小型電池絕熱量熱儀僅能滿足18650等小型鋰電池的熱失控實驗需求，而體積和容量較大的鋰電池或模組需要使用腔體尺寸更大、功能更豐富、防護等級更高的大型電池絕熱量熱儀進行測試。大型電池絕熱量熱儀不僅能夠通過程序升溫等熱濫用方式誘發(fā)電池熱失控，還可以進行過充、過放、外部短接等電濫用以及針刺、擠壓等機械濫用實驗，并測定熱失控相關數據。

　　另外，大型電池量熱儀還可以通過內置攝像頭直觀地觀察實驗現(xiàn)象。經了解，熱失控發(fā)生后，伴隨著溫度急劇變化，電池將經歷發(fā)生氣體噴出、火焰噴射、燃燒和熄滅結束四個階段。研究表明，電池熱失控過程產生的烷烴類氣體和電解液蒸氣與氧氣混合后極易被引燃，隨即可發(fā)生爆炸式燃燒[3]。

　　最后，仰儀科技倡導，安全無小事，希望大家不要將電瓶車或電池帶入電梯及家中等狹小密閉的空間。

　　注：

　　[1] Feng X , Ouyang M , Liu X , et al. Thermal runaway mechanism of lithium ion battery for electric vehicles: A review.

　　[2] 鋰電池熱失控/擴散發(fā)生機理、預防措施及標準檢測方法淺析.北京鑒衡認證中心

　　[3] 孫金華,王青松. 鋰離子電池火災防控技術關鍵技術及應用.中國消防協(xié)會科技成果鑒定會.2021:2

　　[4] 羨學磊，董海斌等. 三元鋰離子動力電池熱失控及火災特性研究，《儲能科學與技術》 2020. 19(01):239-249