今年來鋰電池在電動(dòng)車動(dòng)力電池方面安全事故頻發(fā)。如何對鋰電池的安全性進(jìn)行評估及測試，更好的預(yù)防鋰電池安全事故的產(chǎn)生一直是業(yè)內(nèi)較為關(guān)注的一個(gè)點(diǎn)。

鋰電池的溫度顯示了顯示了電池的熱狀態(tài)，其中所存在的本質(zhì)是鋰電池產(chǎn)熱和傳熱的結(jié)果。研究鋰電池的熱特性，及其在不同狀態(tài)下的產(chǎn)熱和傳熱特性，能夠讓我們認(rèn)識到鋰電池內(nèi)部發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)的主要途徑。

不安全行為

鋰電池的不安全行為，包括電池在過充過放、快速充放電、短路、機(jī)械濫用條件和高溫?zé)釠_擊等情況，容易觸發(fā)電池內(nèi)部的危險(xiǎn)性副反應(yīng)而產(chǎn)生熱量，直接破壞負(fù)極和正極表面的鈍化膜。

當(dāng)電芯溫度上升到130℃以后，負(fù)極表面的SEI膜分解，導(dǎo)致高活性鋰碳負(fù)極暴露于電解液中發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量使電池進(jìn)入高危狀態(tài)。

當(dāng)電池內(nèi)部局部溫度升高到200℃以上時(shí)，正極表面鈍化膜分解正極發(fā)生析氧，并繼續(xù)同電解液發(fā)生劇烈反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量并形成高內(nèi)壓。當(dāng)電池溫度達(dá)到240℃以上時(shí)，還伴隨鋰炭負(fù)極同粘結(jié)劑的劇烈放熱反應(yīng)。

鋰電池安全性評估儀器

在鋰電池安全性研究中，量熱儀是最主要的使用儀器。最常用的量熱儀是加速量熱儀，英文名是acceleratingratecalorimeter，ARC。ARC是聯(lián)合國推薦使用的用于危險(xiǎn)品評估的新型熱分析儀器，可以提供絕熱條件下化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間-溫度-壓力數(shù)據(jù)。

ARC基于絕熱原理設(shè)計(jì)，可使用較大的樣品量，靈敏度高，能精確測得樣品熱分解初始溫度、絕熱分解過程中溫度和壓力隨時(shí)間的變化曲線，尤其是能給出差示掃描量熱法和差熱分析法等無法給出的物質(zhì)在熱分解時(shí)的壓力緩慢變化過程。

ARC安全性評估方法

ARC通過精確的溫度跟蹤，避免被測樣品與環(huán)境的熱量交換，從而可以提供一個(gè)近似絕熱的環(huán)境，主要對被測樣品的放熱行為進(jìn)行測試分析。

除了測試熱失控，利用ARC可以提供絕熱環(huán)境的特點(diǎn)，將ARC與直流恒流源、充放電設(shè)備聯(lián)用，可以測試電池的比熱容及充放電過程的絕熱溫升。

鋰電池的溫度問題對于鋰電池的安全性有很大的影響。使用的環(huán)境本身也是有一定的溫度的，而鋰電池在使用的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生溫度。重要的是，溫度會(huì)對鋰電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生較大的影響，溫度過高甚至?xí)p害鋰電池的使用壽命，嚴(yán)重的情況下會(huì)引發(fā)鋰電池的安全問題。