过热对锂电池影响以及锂电池ARC安全评定法

2020-09-02 16:55 ryder

过热对锂电池的影响以及锂电池ARC安全评定法。

近年来,随着锂电池被广泛应用,随之而来的锂电池事故频发。如何检测锂电池的安全性,如何预防锂电池的安全事故一直是业界关注的焦点。通常情况下,目前技术条件下生产的锂电池已经相对比较安全,多数的安全事故都是未按安全标准和作业规范使用锂电池导致,锂电池本身不具备太多的危险,但是当充满电的状态下,快速释放出电离子导致的高热才是事故的罪魁祸首,同时
锂电池的温度反映了电池的热状态,其本质是锂电池的发热和传热。研究锂电池的热特性及其在不同状态下的发热量和传热特性,可以帮助我们了解锂电池放热化学反应发生的主要途径。规范作业标准,防止安全事故的发生。
 
不安全行为
 
锂电池的不安全行为,包括电池过度充电和放电,快速充电和放电、短路、机械滥用条件和高温热冲击,很容易引发危险的副反应在电池并使锂电池产生热量,直接破坏钝化膜表面的正面和负面的电极。当锂电池发生不可逆的破坏伤害时,会迫使锂电短路导致高热的发生。

锂电池发生剧烈温升时候的状态
 
当锂电池温度上升到130℃时,阴极表面的SEI膜分解,高活性锂碳阳极暴露在电解液中发生剧烈的再氧化还原反应,产生的热量使电池进入高危状态。
 
当电池内部局部温度上升到200℃以上时,阳极被正极表面的钝化膜分解后发生氧析出,继续与电解液发生剧烈反应,产生大量的热量,形成较高的内部压力。当电池温度达到240℃以上时,锂碳阴极与粘结剂发生强烈的放热反应。(图一所示)
 
 
(图一 锂电池猛烈温升的阶段性反映)
 

 
锂电池安全评定仪
 
在锂电池安全性研究中,量热计是最重要的仪器。最常用的量热计是加速量热计,它的英文名字翻译过来为真空速率量热计,简称ARC。ARC是联合国推荐用于危险货物评估的一种新型热分析仪器。它提供了绝热条件下化学反应的时、温、压数据。
 
绝热的原则的基础上,可以使用更大的样品重量,灵敏度高,可以准确地测量了样品的分解初始热分解温度和绝热过程中温度和压力随时间变化曲线,特别是旅游扫描量热法,无法给差热分析方法等材料的热分解压力缓慢变化的过程。


ARC安全评定法
 
ARC通过精确的温度跟踪,避免了被测样品与环境之间的热交换,提供了一个近似绝热的环境,主要对被测样品的放热行为进行测试和分析。
 
除了测试热控制,电弧可以提供一个绝热环境。结合电弧、直流恒流源和充放电装置,可以测试充放电过程中电池的比热容和绝热温升。

 
锂电池的温度对锂电池的安全性有很大的影响。使用环境本身也是有一定温度的,而锂电池在使用时也会产生一定的温度。此外,温度会对锂电池内部的化学反应产生很大的影响。过高的温度甚至会损坏锂电池的使用寿命。严重的情况下,会造成锂电池的安全问题。


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