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準電阻塊進行絕熱熱失控模擬實驗，以探究不同類型的夾具對電池熱失控特征參數(shù)或絕熱溫升特性測試結(jié)果的影響。
前言
規(guī)避鋰電池熱安全風險的前提是獲取電池的熱特征參數(shù)，從而設(shè)計相應(yīng)的防護措施與預警機制。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）。
在上述實驗過程中，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致測溫異常，確保測定數(shù)據(jù)的準確性。然而，夾具存在一定的熱惰性，實驗過程中可能會吸收電池釋放的部分熱量，導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、合理地驗證夾具對電池熱失控或絕熱溫升特性測試結(jié)果的影響，本文利用電池絕熱量熱儀校準裝置進行驗證，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裝置
實驗結(jié)果
1. 無夾具
圖2 不帶夾具的標準電阻塊
圖3 不帶夾具的標準電阻塊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準電阻塊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準電阻塊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準電阻塊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準電阻塊HWS溫升(左圖)及溫升速率-溫度(右圖)曲線
進一步將不同裝夾方式下測定的標樣溫升速率進行對比，如表1所示：
表1 不同裝夾方式下絕熱追蹤階段標樣溫升速率對照表
通過對比不同實驗條件下標樣在各溫度臺階的溫升速率、Tonset檢出溫度以及進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)，標準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)在實驗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行熱電偶固定，并用隔熱棉將夾具與電池進行隔離。
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裝置進行模擬熱失控實驗，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，進行HWS絕熱熱失控或絕熱溫升特性實驗應(yīng)選用熱容較小的鋼制肋條型夾具，能夠使熱動力學參數(shù)測試結(jié)果更加準確。
