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锂离子电池内压测量的量热法

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-03-15  来源:OAG
    卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)应用材料应用材料物理研究所成立于2011年,是欧洲最大的电池热量计实验室。我们的团队使用六种不同尺寸的加速量热仪(ARCs,热危害技术)与循环仪结合使用,我们的团队可以定量评估锂离子电池在准绝热和等近似的材料,电池和电池组水平上的热力学,热学和安全性数据。正常和滥用条件(热,电和机械)的环境。锂离子电池具有能量密度高,开路电压高,充放电快,无记忆效应和自放电低的优点,这使它们成为便携式电子设备和运输电气化最合适的电源,这对21世纪的日常生活影响越来越大。最近我们开发了一种量热法来测量这些细胞的内部压力。

    安全第一
    安全第一 - 这是中心负责人Carlos Ziebert博士的使命。整体安全评估是电池技术升级和市场接受度的先决条件,因为整个系统的温度无法控制的增加(所谓的热失控)可能导致电池点火甚至爆炸,从而引起公众的负面注意甚至拒绝。随着能量密度的增加,锂离子电池的安全性变得越来越重要。因此,量热法是获得热和安全行为的定量数据的基本技术 - 您需要知道在每种条件下细胞将产生多少瓦特。该信息可用于调整电池管理,热管理和安全系统。

    内压测量方法
    内部压力是一个重要参数,因为它的增加可以用作热事件的早期预警信号,以后可能导致热失控。已经在18650细胞上建立了用于测量内部细胞压力的新的量热方法,并且最近已将其转移到袋细胞中。连接到压力传感器的压力管线直接插入电池中,如图1a)中18650电池的X射线断层摄影图像和图1b中袋状电池的左侧所示。然后用环氧树脂再次密封电池,并将电池放入量热计室,其具有位于盖子,底部和侧壁的加热器和热电偶。最后,在所谓的Heat-Wait-Seek(HWS)测试期间测量内部压力[1]。这个测试开始于热通过在5K的温度步骤加热所述细胞模式。在每个步骤结束时,激活等待模式以达到热平衡。然后系统进入搜索模式,寻找温度速率并以两种可能的模式结束 - 放热模式或加热模式。如果测量的温度速率大于起始灵敏度(通常为0.02 K / min),则系统进入放热状态模式。该模式代表准绝热条件,这意味着热量计的温度瞬间跟随电池的表面温度; 也就是说,细胞不再与周围环境进行热交换。因此,它越来越多地升温,直到发生热失控或化学物质被放热反应完全消耗。另一方面,如果温度速率较小,则系统返回加热模式。


    得到的图清楚地显示了内部压力的增加。在18650电池的情况下,当达到12.5巴的临界压力时,这导致安全阀的打开(s。图2a))[2]。对于袋式电池,焊缝在约2.6巴的压力和约110℃的温度下打开。该方法也适用于大型棱柱形汽车电池。下一步是开发一种压力传感器,该传感器可以集成到电池管理系统(BMS)中,作为额外的安全功能。
 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的行业性、非营利性的社会组织,主管部门为工业和信息化部。协会成立于1989年12月,现有460多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、电池设备分会、动力电池应用分会等十个分支机构。
本会服务范围包括:铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锌锰碱锰电池、锂一次电池、锂离子和锂聚合物电池、太阳电池、燃料电池、锌银电池、热电池、超级电容器、温差发电器及其他各种新型电池、电池系统解决方案,以及各类电池用原材料、零配件、生产设备、测试仪器和电池管理系统等。

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