過熱對鋰電池的影響以及鋰電池ARC安全評定法。
近年來,隨著鋰電池被廣泛應用,隨之而來的鋰電池事故頻發。如何檢測鋰電池的安全性,如何預防鋰電池的安全事故一直是業界關注的焦點。通常情況下,目前技術條件下生產的鋰電池已經相對比較安全,多數的安全事故都是未按安全標準和作業規范使用鋰電池導致,鋰電池本身不具備太多的危險,但是當充滿電的狀態下,快速釋放出電離子導致的高熱才是事故的罪魁禍首,同時鋰電池的溫度反映了電池的熱狀態,其本質是鋰電池的發熱和傳熱。研究鋰電池的熱特性及其在不同狀態下的發熱量和傳熱特性,可以幫助我們了解鋰電池放熱化學反應發生的主要途徑。規范作業標準,防止安全事故的發生。
不安全行為
鋰電池的不安全行為,包括電池過度充電和放電,快速充電和放電、短路、機械濫用條件和高溫熱沖擊,很容易引發危險的副反應在電池并使鋰電池產生熱量,直接破壞鈍化膜表面的正面和負面的電極。當鋰電池發生不可逆的破壞傷害時,會迫使鋰電短路導致高熱的發生。
鋰電池發生劇烈溫升時候的狀態
當鋰電池溫度上升到130℃時,陰極表面的SEI膜分解,高活性鋰碳陽極暴露在電解液中發生劇烈的再氧化還原反應,產生的熱量使電池進入高危狀態。
當電池內部局部溫度上升到200℃以上時,陽極被正極表面的鈍化膜分解后發生氧析出,繼續與電解液發生劇烈反應,產生大量的熱量,形成較高的內部壓力。當電池溫度達到240℃以上時,鋰碳陰極與粘結劑發生強烈的放熱反應。(圖一所示)
(圖一 鋰電池猛烈溫升的階段性反映)
鋰電池安全評定儀
在鋰電池安全性研究中,量熱計是最重要的儀器。最常用的量熱計是加速量熱計,它的英文名字翻譯過來為真空速率量熱計,簡稱ARC。ARC是聯合國推薦用于危險貨物評估的一種新型熱分析儀器。它提供了絕熱條件下化學反應的時、溫、壓數據。
絕熱的原則的基礎上,可以使用更大的樣品重量,靈敏度高,可以準確地測量了樣品的分解初始熱分解溫度和絕熱過程中溫度和壓力隨時間變化曲線,特別是旅游掃描量熱法,無法給差熱分析方法等材料的熱分解壓力緩慢變化的過程。
ARC安全評定法
ARC通過精確的溫度跟蹤,避免了被測樣品與環境之間的熱交換,提供了一個近似絕熱的環境,主要對被測樣品的放熱行為進行測試和分析。
除了測試熱控制,電弧可以提供一個絕熱環境。結合電弧、直流恒流源和充放電裝置,可以測試充放電過程中電池的比熱容和絕熱溫升。
鋰電池的溫度對鋰電池的安全性有很大的影響。使用環境本身也是有一定溫度的,而鋰電池在使用時也會產生一定的溫度。此外,溫度會對鋰電池內部的化學反應產生很大的影響。過高的溫度甚至會損壞鋰電池的使用壽命。嚴重的情況下,會造成鋰電池的安全問題。
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