锂离子电池热安全风险评估
锂离子电池因其低成本、高性能、大功率、对环境友好等诸多优势,广泛应用于3C数码产品、移动电源以及电动汽车等领域。随着锂离子电池的不断推广,其安全性问题引起了广泛重视:由于电池本身技术原因或是使用不当等问题都可能会造成锂离子电池爆炸,引起火灾、爆炸等安全事故,急需进一步解决。其中,锂离子电池热失控是引起相关事故的主要原因之一,对锂电池的热安全风险进行评估有助于避免事故的发生,同时进一步提升锂电池使用的安全性。
2014年12月,中国国家标准化管理委员会正式颁布了GB/31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》。该标准为国家强制性标准,主要针对锂离子电池芯、电池组,规定了在正常使用、合理可预见的误用和滥用条件下的电安全、机械安全的要求和测试方法;除了综合采纳多项国内外电池标准(如UL、UN、IEC等)中的成熟安全测试项目外,还对热滥用、外部短路、跌落、过充电等测试项目进行了修改完善。
厦门大学古雷石化研究院反应风险评估实验室(RHEL)与英国赫尔公司(HEL)共建量热技术联合实验室,开展锂离子电池热安全风险评估,通过对锂电池单体及电池组进行热失控测试,利用绝热加速量热仪(ARC),模拟锂离子电池热失控诱发因素及绝热环境,采集电池的相关数据,其中包括电池热失控的起始温度、临界温度、最大温度、最大热失控速率等热行为参数,进而对锂离子电池的热安全性能进行评估,研究锂离子电池热失控机制,明确锂离子电池发生热失控等行为表征及具体危害方法,进而实现电池热失控的有效防控。
绝热电池测试量热仪 |
等温测试量热仪 |
(A)电芯热失控(热稳定性风险筛选测试,确定安全操作范围,确定安全工作温度,确定放热起始点温度及热失控); (B)电芯比热容(高温/低温); (C)评估由于机械应力和电应力带来的失控影响; (D)过充、过放热失控; (E)电芯绝热产热量; (F)电循环产热测试; (G)确定气体生成的种类及气体产量。 |
(A)评估放电过程中的热释放及充电过程中的热吸收; (B)评估安全和最佳的电池使用条件; (C)电池热管理系统的数据采集; (D)产热量采集用于仿真模拟。 |
表1 绝热加速量热仪在电池检测方面的应用
本实验室核心技术团队由多名教师骨干组成,核心技术顾问为杜逸兴教授(http://www.i-gulei.com/productinfo/717364.html),曾任台湾永光公司(上市公司)制程安全咨询顾问、奇美实业(全球ABS树脂最大生产公司)“BP粉体热危害特性评估”执行顾问、台湾劳动部中区、北区职业安全卫生中心辅导与审查外聘委员等等,从事反应安全风险评估20余年,拥有丰富的安全风险评估经验,主要从事方向包括量热技术、重大化学灾害调查与研究、失控反应危害防范技术、有机过氧化物热分解特性研究、化工制程紧急排放设计技术、锂离子电池火灾爆炸与热失控特性研究等。
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