锂电池组的热失控缓解方法是什么？

为了获得准确的锂电池热失控机制，需运用量热仪器及相应实验开展从锂电池材料到锂电池单体及电池组的反应热动力学研究，涉及的主要仪器是绝热加速量热仪。

针对锂电池安全检测，仰仪-泰默自主研发了绝热加速量热仪BAC-90A和BAC-420A，如图1所示。其中BAC-90A主要针对锂电池电解液、粉末状及小颗粒原材料、纽扣电池、18650圆柱型电池、小型软包电池的热失控行为测试；BAC-420A主要针对大型锂电池单体、锂电池模组的热失控行为测试。 BAC-90A和BAC-420A通过集成热滥用、电滥用、机械滥用等功能，模拟锂电池各种热失控诱发因素及最糟糕热失控环境(绝热环境)，同步采集各种滥用条件下电池电压、电流、电量、温度、压力、时间数据，可直接测得更加准确的电池热失控起始温度、最大热失控速率、绝热温升等热行为参数。

 

定量的热物性参数及热扩散特性是开展锂电池热散失及锂电池模组间热传播数值研究的基础。而由于锂电池本身的材料种类多样性、新颖性及结构复杂性，且其热物性缺乏文献数据，使得开展锂电池单体或锂电池组传热建模主要依靠研究人员经验，可信度不高。针对这一情况，泰默-仰仪基于主动热成像技术开展了热物性测试技术和装置的研制，其基本原理如图2所示。可在不拆解、不破坏试样，不允许制样的条件下实现形状不规则样品各向异性的热物性检测。涉及的仪器包括导热系数测试仪、电池模组热阻测试仪、热扩散测试仪等。

 

软包电芯、硬壳锂电池导热系数是反映锂电池热扩散能力的重要参数之一。泰默-仰仪基于主动红外热成像技术，对热成像数据分析及传热反演，实现锂电池导热系数精确测量，

电池模组热阻测试是评价电池热扩散和热传播的重要参数，也是电池生产厂家及电动汽车生产企业评价电池模组散热能力的质控参数之一。泰默-仰仪基于传热反演技术，可实现电池模组热阻的空间分布分析和定量评估，如图4所示。

 

锂电池单体或锂电池组的热扩散试验可直观的反应锂电池的热扩散能力。热扩散试验测试系统主要通过主动加热和针刺两种方式触发热失控，并实时监测电压及温度数据，为锂电池热稳定性评估提供实验依据。加热是在给定固定功率的情况下通过加热棒或柔性加热器插入、紧靠、环抱电池单体或电池组进行；针刺是通过电机调整钢针位置和方向对电池单体或电池组进行穿刺；电压监测和温度采集则是通过数据采集模块完成，通过电压阈值比较和温度数据求导，实现热失控条件判定；同时通过高速摄像机记录热失控全过程影像信息，抓取热失控触发开启、热失控触发停止、外部烟、火、爆炸等关键事件照片，生成热扩散实验报告。本装置对锂电池安全性检测、科学问题研究、风险预测以及事故调查分析具有重要技术支撑作用。测试系统针刺、加热、测温布置示意图如图5和6所示。针刺触发时，温度传感器的位置应尽可能接近短路点。高能量密度的锂离子电池价格昂贵，主要是因为当电池不断充电时，电池材料会发生降解，其所释放的能量会让电池温度升高，使电池着火，产生安全问题。在电池不断充电和再充电过程中，氧气会从电池材料表面释放出来。在此过程中，锂离子从内部到外部的运输通道可能会被随氧气释放产生的金属镍粉尘堵塞。当运输通道被堵塞时，想要进出电池内外的锂离子将无法转移，从而导致电池容量快速下降。随着热量的增加，电池起火和爆炸的可能性也会增加。

 

德克萨斯大学达拉斯分校研究团队发现，在电池正极表面添加一层经过设计的氧化物涂层，既可以解决电池过热问题，也可以将电池容量提高20%至30%，改造后的电池可以耐受更长的充电时间。

 

基于上述热失控问题的新发现，该研究团队已开始研发用于电动汽车的新型电池正极材料，以解决锂离子运输通道的堵塞问题，同时与美国海军研究实验室合作，进一步研究提高电池正极材料的富锂容量和电池安全性问题。