锂电池热失控产气成分在线分析实验室解决方案

锂电池热失控产生的气体由多种可燃组分构成，是热失控着火过程的重要危险之一。

近年来，国内外研究主要集中在锂电池正常充放电条件下的产气分析和热失控产气离线分析，但锂电池热失控时内部温度陡然升高、氧气浓度增加，产气过程也更为复杂，而产气离线分析无法实时、准确地反应热失控过程状态。

之量科技推出的锂电池热失控产气成分在线分析方案，模拟电池热失控过程绝热环境，同步分析全过程的产气成分演化历程，为热失控时各阶段的化学反应机理研究提供数据支持，助力电池材料与电池结构的优化，推动电池安全性及使用性能的提升。

检测项目

1． UL9540A / 电池热失控产气测试：产气量、产气速率、产气压力、气体成分分析、气体爆炸性分析等。

2． GB/T 36276-2018 / 电池绝热温升测试：电池热稳定性的评估。

3． 电池热安全评价：电池自放热起始温度、热失控起始温度、热失控最高温度、泄压温度、最大温升速率和最大压升速率等。

4． 电池热管理研究：不同温度下电池充放电产热量、产热功率、变温比热容。

联用方案

(1)气氛控制单元

使用真空泵或者惰性气体气瓶（如氮气或氩气）对电池热失控过程进行气氛控制，以减少电池产气中空气成分的影响；另外可以对热失控单元进行排空、泄压、气体置换、热失控淬火等辅助操作。

(2)热失控发生单元

使用密闭式ARC如BAC-1000A或使用泄压式ARC如BAC-800A配合产气罐对电池进行热失控产气实验；此外可以使用BAC-420A, 进行电池的充放电实验或绝热温升实验，并进行内部气体采集和分析。

(3)电池产气预处理单元

对电池失控产气进行初步采集，并进行预处理后，进行产气分析的定量采集；对产气的预处理包括流量控制、多级过滤、温度控制等。

(4)气体成分分析单元

可通过GC、MS、FTIR、GC-MS等气体分析仪器对产气成分进行分析；根据谱图对产气成分进行解读。

应用案例

HWS模式大容量高镍锂电池绝热热失控测试

本案例使用大型电池绝热量热仪 BAC-420A对大容量高镍锂电池进行绝热热失控测试。如图所示，在仪器上盖被顶起泄压的情况下，电池表面热失控最高温度Tmax仍然能够达到约1100℃,最大温升速率超过10000℃/min，明显高于磷酸铁锂和中低镍NCM电池的数据。观察电池残骸可以发现，160Ah的电池热失控爆炸后保证了基本结构的完整性。190Ah的电池安全阀周围已被完全崩裂，同时电池的质量损失率达到80%。

磷酸铁锂电池热失控产气压力测试

将电池放置于大型电池绝热量热仪 BAC-420A标配的合适尺寸的密封测试罐中，电池升温过程中通过采集罐内压力变化计算电池产气速率和产气量。本案例使用大型电池绝热量热仪测得160Ah磷酸铁锂电池热失控历程存在两个剧烈产气阶段，最大产气速率达到377.9slpm。

磷酸铁锂电池热失控产气成分在线分析

本案例实时分析了磷酸铁锂电池在升温过程中的电池泄压阀打开以及发生热失控后的产气情况，揭示了电池热失控过程不同阶段电池产气成分含量大小及变化规律，具体结果如下：

方案亮点

1． 可承受大容量/高镍电芯热失控冲击力，满足电池单体大体积与高比能量的发展趋势。

2． 通过追踪电池温度变化并动态调节环境温度，模拟电池热失控过程绝热环境，准确测得热失控过程中的关键参数。

3． 通过多级过滤等预处理手段，过滤热失控时产生的固态碎片、灰尘等，减少实验干扰。

4． 对气体采集过程进行精准的流量控制和温度控制，减少对内部绝热环境的影响。

合作客户

之量科技通过前期调研和技术交流，结合上海通敏车辆检测技术有限公司的实际情况，为其量身定制了锂电池热失控产气成分在线分析实验室，有效助力通敏检测的企业客户深入研究锂电池热失控下的气体演化机制、推动电极材料体系优化、电解质结构设计、界面缓冲层设计等，加快新一代高能量密度、高安全性锂电池的研发。

作为专业的仪器服务商，之量科技将不断追求创新与突破，推出更多高品质、高效率的实验室测试解决方案，携手产业链上下游共促发展。