锂离子电池的热失控测试

电力储能用固态锂离子电池安全要求及试验方法
电力储能用固态锂离子电池是一种新型电池技术，具有高能量密度、长寿命、高安全性等优点。

为了确保其安全性，以下是固态锂离子电池的安全要求及试验方法：
1. 电池热稳定性试验：将电池样品在一定温度下，如高温（例如80℃）、低温（例如-40℃）等条件下进行长时间放置或循
环充放电测试，观察电池的温度、容量、内阻等性能指标变化情况，评估其热稳定性。

2. 电池短路测试：通过对电池正负极进行短路测试，观察电池自发发热、气体释放等情况，评估其短路安全性。

3. 电池过充测试：将电池充电至过充状态（如超过100% SOC），观察电池的温度、压力、容量等性能指标变化情况，评估其过充安全性。

4. 电池外力冲击测试：通过对电池进行冲击或挤压测试，观察电池是否发生渗漏、爆炸等情况，评估其外力冲击安全性。

5. 电池热失控测试：将电池样品在一定温度或充放电倍率下进行连续放电，观察电池是否发生热失控，评估其热失控安全性。

6. 电池热冲击测试：将电池样品从低温（如-40℃）迅速转移
到高温（如80℃）环境中，观察电池是否发生热失控、破裂
等情况，评估其热冲击安全性。

7. 电池充电速率测试：对电池进行高倍率充电（如2C、3C 等），观察电池温度、压力、容量等性能指标变化情况，评估其充电速率安全性。

在进行以上试验方法时，需要使用专用测试设备，确保试验过程的可重复性和准确性。

同时，根据不同的应用场景和要求，可以对以上试验方法进行进一步的补充和改进。

电池热分析及测试⽅法超全总结⼀、电池产热的影响：1.放电/充电过程，特别是⼤倍率充放时会产⽣⼤量热量；2.内部热量聚集，会引起内部温度升⾼；3.影响电池材料热稳定性，并发⽣性能衰退；4.影响电动汽车的经济性和适⽤性，由此引发的安全性和地寿命等存在制约；5.低温下启动内部极化⼤，瞬时发热量会造成电池的不可逆损失。

概念英⽂（单位）概念解释吸热反应Endothermal reaction反应物总能量⼩于⽣成物总能量的反应。

放热反应Exothermic reaction反应物总能量⼤于⽣成物总能量的反应。

热管理Temperaturemanagement对锂离⼦电池的热量或温度的管理。

热稳定性Thermal stability表征锂离⼦电池承受变化热量或温度变化的能⼒。

热失控Thermal runaway蓄电池在恒压充电时电流和电池温度发⽣⼀种积累性的增强作⽤并逐步损坏。

热辐射Thermal radiation物体由于具有温度⽽辐射电磁波的现象。

热量Heat（J）锂离⼦电池⼯作时与外界系统之间依靠温差传递的能量。

温度Temperature（K）表征物体冷热程度的物理量。

温升Temperature rise（K）锂离⼦电池⼯作时⾼出外界系统的温度。

反应热Reaction heat（J）锂离⼦在正负极产⽣的电化学反应产⽣的热量。

焦⽿热Joule heat（J）锂电池⼯作时，电荷在电池内部转移时，克服电池内部欧姆电阻⽽产⽣的热量。

极化热Polarization heat（J）锂电池在充放电过程中，因电流作⽤在正负极上发⽣极化现象⽽产⽣的热量。

分解热Decompositionheat（J）电池在⾃放电过程中或者副反应过程中产⽣的热量。

⽐热容Specific heatcapacity（J/( kg·K )）单位质量物体改变单位温度时吸收或放出的热量。

导热系数Thermalconductivity（W/(m·K)）在稳定传热条件下，对于两侧表⾯温差为1K的单位厚度的材料在单位时间内通过单位⾯积所能传递的热量。

锂离子电池的热失控及安全性分析一、锂离子电池的介绍锂离子电池是一种主要应用于便携式电子设备、电动汽车等领域的电池，因其高能量密度、长使用寿命、重量轻等优点，使得其被广泛应用。

锂离子电池是指以锂离子为正极电极材料的电池，其正负极由不同材料组成，通过电极间的离子交换来储存和释放能量。

二、锂离子电池的热失控锂离子电池的热失控是指在异常情况下电池内部发生自身反应，不可逆的产生大量热量和气体，最终导致电池爆炸和火灾的现象。

热失控的原因主要有以下几个方面：1.设计和制造缺陷。

电池在设计和制造时存在缺陷，比如电池内部正负极隔膜的损坏或者不存在，正极物质的含量过高等，这些因素都会加剧热失控的风险。

2.过充和过放。

电池充放电过程中，如果充电过度或者放电过度，就会发生热失控的现象。

3.温度过高。

在高温环境下，锂离子电池的热失控风险会大大增加。

三、锂离子电池的安全措施针对锂离子电池的热失控现象，目前已经有了一系列的安全措施，包括：1.电池设计和制造中的安全措施。

电池设计和制造中，需要考虑到电池的热失控因素，采取相应的措施来控制风险。

例如，在电池内部加装隔膜来避免正负极的直接接触。

2.电池的充放电和使用过程中的安全措施。

电池在充放电过程中，需要通过充放电管理系统来控制电池的电量，并及时停止充电或者放电，避免造成热失控。

同时在使用过程中，需要注意不要让电池过度受热或者受力。

3.热失控事件处理措施。

如果发生了锂离子电池的热失控事件，需要及时采取应对措施，如用泡沫灭火器将火源扑灭，以及尽量远离火灾现场，避免被火灾伤害。

四、结语锂离子电池是一种广泛应用的电池，但是其热失控问题也一直是人们所关注的领域。

对于热失控现象，需要从电池的设计和制造、使用以及应对方面做好相应的安全措施，从而有效地减少热失控事件的发生。

锂离子动力电池系统热失控检测原理及方案
秦李伟;姜点双;徐爱琴;汪梦远;刘舒龙
【期刊名称】《汽车电器》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】锂离子电池的热失控问题一直是制约电动汽车发展的因素之一,因此需要及时对热失控电池进行预警,避免发生起火等车辆安全事故。

动力电池热失控过程通常伴随有烟雾产生,可通过烟雾检测识别故障信号。

文章首先汇总6种锂离子动力电池系统热失控检测原理及方案,并对不同方案的优劣进行对比,重点分析烟雾传感器的功能验证和市场情况,以期为提高锂离子电池的热失控检测提供指导。

【总页数】3页(P17-19)
【作者】秦李伟;姜点双;徐爱琴;汪梦远;刘舒龙
【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U469.72
【相关文献】
1.锂离子动力电池系统热失控扩展特性试验研究
2.三元锂离子动力电池热失控及蔓延特性实验研究
3.锂离子动力电池系统热失控检测方法和技术综述
4.三元锂离子动力电池包热失控蔓延数值分析
5.锂离子动力电池热失控特性实验研究
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电动汽车充换电用锂离子电池安全性要求与测试方法首先，对于电动汽车充换电用锂离子电池的安全性要求，主要包括以下几个方面：1.热稳定性：锂离子电池在高温环境下可能会发生热失控，导致电池温度升高、电池内部化学反应加速，甚至发生燃烧或爆炸。

因此，对于电动汽车充换电用锂离子电池，需要进行高温环境下的热稳定性测试，以确保电池在高温环境下的安全性能。

2.过充和过放保护：过充和过放会导致锂离子电池内部结构的破坏，进而引发短路、燃烧等安全事故。

因此，对于电动汽车充换电用锂离子电池，需要进行过充和过放保护测试，以确保电池在过充和过放状态下的安全性能。

3.碰撞和挤压安全性：电动汽车在发生碰撞或挤压时，电池可能会受到外力冲击，导致电池短路、燃烧等安全事故。

因此，对于电动汽车充换电用锂离子电池，需要进行碰撞和挤压安全性测试，以确保电池在碰撞和挤压状态下的安全性能。

4.充电和放电速率：电动汽车充换电用锂离子电池的充电和放电速率对于电池的安全性能有很大影响。

过高的充电速率可能引发电池过热，过低的放电速率可能导致电池性能下降。

因此，对于电动汽车充换电用锂离子电池，需要进行充电和放电速率测试，以确保电池在充电和放电状态下的安全性能。

其次，对于电动汽车充换电用锂离子电池的测试方法，主要包括以下几个方面：1.热稳定性测试方法：热稳定性测试可以通过将电池置于高温环境中，观察电池的温度变化和内部化学反应情况，以评估电池在高温环境下的安全性能。

常用的测试方法包括热失控测试、热稳定性测试等。

2.过充和过放保护测试方法：过充和过放保护测试可以通过对电池进行过充和过放操作，观察电池的电压变化和温度变化，以评估电池在过充和过放状态下的安全性能。

常用的测试方法包括过充保护测试、过放保护测试等。

3.碰撞和挤压安全性测试方法：碰撞和挤压安全性测试可以通过对电池进行碰撞和挤压操作，观察电池的外观变化和电压变化，以评估电池在碰撞和挤压状态下的安全性能。

常用的测试方法包括碰撞测试、挤压测试等。

磷酸铁锂热失控温度报告热失控是锂离子电池最为严重的安全问题，热失控往往伴随着起火、浓烟等严重的后果，对于锂离子电池使用者的生命和财产安全构成了很大的威胁。

我们对于锂离子电池热失控的检测主要是基于电池温度，根据我们目前的知识，热失控的起因一般都是因为机械滥用、电滥用等导致短时间内产生大量热量，受到锂离子电池热扩散条件的限制，热量大量在锂离子电池内部积累，引起正负极活性物质分解、释放活性氧，进一步导致解液的氧化分解，产生更多的热量，最终引起锂离子电池的热失控，因此我们对于锂离子电池安全性的控制也主要是基于对其温度的监控。

一般在电池组中我们都会对部分单体电池粘贴测温电阻、热电偶，以实时检测电池温度，在发现异常时能够及时切断电源，保证电池的安全。

但是目前对锂离子电池的温度监控主要是对其表面温度的检测，但是由于锂离子电池结构的特点使得其在各个方向上热传导系数有很大的不同，例如英国华威大学的Thomas Grandjean 等【1】针对大尺寸的方形锂离子电池的热特性研究发现，20Ah 的LFP 电池在进行1 0C 大倍率放电时，在厚度方向时温差最大可达到20℃，这主要受到电池内部的热传导系数的限制，因此传统的测量电池表面温度，难以真实的反应锂离子电池内部的温度，两者之间具有差距可能在数百摄氏度。

在解决上述问题上人们作出了很多的努力，例如在锂离子电池生产的过程中往其中加入测温热电阻、热电偶等，通过一定的手段将其引出到电池外部，但是这些方法的实用性都不是很好，首先是由于测温设备的引入难以保障电池的密封性，会对电池的性能产生负面的影响，其次这些测温元件都需要电连结，对锂离子电池的安全产生一定的影响，因此这些方法仅仅停留在实验室的阶段，难以实际应用。

虽然也有美国阿尔托研究中心的Ajay Raghavan 等【2 】提出采用可折叠的光纤光栅对电池内部的压力、温度进行检测，并且解决了密封问题，但是这些技术目前还都不成熟，实用性还都比较差。

锂离子电池热物性与热特性实验研究锂离子电池作为当前广泛应用的电池类型之一，其热学性能对于电池的安全性和使用寿命均有重要影响。

本文通过实验研究锂离子电池的热物性和热特性，旨在深入探究锂离子电池的热学特性，为锂离子电池的设计、生产和应用提供参考。

本实验使用硬币电池作为研究对象，利用热电偶、实验室温度计等设备对电池的温度、热容、热导率等参数进行测量。

实验结果表明，锂离子电池的温度和热容随着电池放电量的增加而增加，热导率则呈现先增加后减小的趋势。

并且，在电池过热时会产生热失控现象，对电池的稳定性和安全性造成威胁。

针对实验结果，本文进一步分析了锂离子电池的热学机制和影响因素。

其中，电池内部化学反应、电流密度、环境温度等因素都会对电池的热学性能产生影响。

通过对这些因素的深入分析，可以指导电池的优化设计和合理使用。

同时，本文还对当前锂离子电池的热学性能问题进行了探讨。

当前锂离子电池的热学性能受到电池的结构、材料、制造和循环使用等多方面因素的制约，因此需要在今后的研发中加强对这些问题的解决。

综上，本文通过实验研究和理论探讨，全面分析了锂离子电池的热学性能及其影响因素。

这将为锂离子电池的设计、生产和应用提供重要的科学依据，促进锂离子电池技术的进一步发展和应用。

关键词：锂离子电池；热物性；热特性；电池温度；电池安全性。

4. 探讨锂离子电池的热学性能问题锂离子电池是一种高能量密度电池，已经广泛应用于移动电子设备、电动汽车、能源存储等领域。

然而，锂离子电池的热学性能问题一直是制约其应用的重要难题之一。

本文从结构、材料、制造和循环使用等角度探讨了锂离子电池的热学性能问题。

4.1 结构问题锂离子电池的结构对其热学性能有重要影响。

一般来说，锂离子电池的结构包括正极、负极、隔膜和电解质等部分。

其中，正极和负极是电池的主要储能部分，隔膜和电解质则起到隔离和传递离子的作用。

由于锂离子电池的正极和负极都采用了含有锂离子的化合物，因此在充放电过程中会产生热量。

新能源锂电池热失控监测和防护技术的应用摘要：本文首先介绍了新能源市场的锂电池应用情况及安全事故现状，并通过对锂离子电池热失控后状态的详细分析，给出了锂电池热失控监测的关键传感器选型和判定方法。

同时根据锂电池完全热失控状态下的热扩散机理，筛选出了最适合锂电池火灾抑制的有效灭火剂。

最后针对锂电池的应用场景，提出了锂电池热失控监测和防护技术的必要性。

关键词：锂离子电池、热失控监测和防护、全氟己酮引言：在国家新能源汽车发展战略实施的大背景下，动力锂电池迎来发展大机遇。

但是由于电池包电芯数量多、热失控诱因多，较长周期使用极易发生热失控，同时因电池包在车辆上的安装空间有限，高速工作时产生热量累积，会造成各处温度不均匀从而影响电池单体的一致性，降低电池充放电效率，严重时还将导致热失控，影响电池安全性与可靠性。

近年来新能源汽车火灾事故频发，据不完全统计，2019年全国发生新能源汽车火灾560余起，2020年前三季度已达700起，其中动力电池事故起火占比70%以上，随着动力电池能量密度加大，火灾破坏力也在成倍增加。

公共安全形势十分严峻，新能源城市客车承担着巨大的客流运输，一旦蓄电池系统出现自燃或爆炸，会产生极其恶劣的社会影响。

因此，锂离子蓄电池系统安全防控管理刻不容缓。

1.锂离子电池热失控监测技术目前针对锂离子电芯热失控的监测主要是通过传感器监测电芯安全阀打开后释放出来的特征气体来实现的。

锂离子电池负极材料、电解液溶剂、隔膜和粘结剂多为有机物，导致电池热失控极易生成CO2、CO和烷烃类气体。

通过各气体组分浓度释放气体量之间关系可见，电池热失控产生的气体主要为CO2、CO、H2和C2H4等多种烷烃，其中CO2、CO和H2三种气体占据总气体组分的绝大多数(图15a)。

更为重要的是，各气体组分浓度同释放的气体总量无关。

针对这三种常规气体我们通过分析对比选择其中一到两种作为锂电池火灾早期预警的特征气体。

正常大气中H2浓度小于0.8ppm，热失控时产生大量的H2，可以作为锂电池热失控早期特征气体监测，但是目前市场上用于H2检测的传感器非常少（以半导体传感器为主）而且价格偏高，不利于技术的推广；正常大气中CO浓度小于2.4ppm，热失控时产生大量的CO充斥在电池箱内，很容易超过200 ppm，环境的干扰因素很低，同时CO也属于易燃易爆气体，因此选择监测锂电池箱内CO浓度变化，是判断锂电池火灾最佳依据。

锂离子动力电池系统热失控扩展特性试验研究郑腾飞朱顺良谢欢朱强沈驰（上海机动车检测认证技术研究中心有限公司，上海201805）【摘要】锂离子动力电池系统热失控扩展是造成电动汽车火灾事故的主要原因之一，文章以由圆柱形电池构成的动力电池系统对象，热触发单个电芯热失控的方式，通过采集电芯和模组的电压、温数，对电芯热失控及在模组和系统内热扩析与研究。

结果表明，电热失控诱发热扩展过程较为短暂，约5s引发第二节电芯热失控;热失控发生前，触发电芯的负极采样温度高极,且负极温变速稳;热失控发生后，受极喷射火焰影响，直接串接模组存在更高风险，在热扩展中受影响最大。

-Abstract]Thermae runaway expansion of lithium-ion power battery system is one of the main couses of electhc vehide fire accigents.In this papee，the power batere system composed of cylindri-cd lithium一ion batere i s taken as the tesi object.The therma runaway of singee ceU is triggered by heating.By collecting the voltage，temperature and othee characteristio parametere of celi and moduie，the thermai runaway and thermai expansion characteristicc within tee range of moduie and system are tested and anaeyeed.Theeesuetsshowthatthepeooesottheemaeeunawayonduoed bytheemaeeunaway is short，oniy after5seconds the thermai runaway of the second core is ccused.Before thermai runaway occuia，the sampling temperature of tee necativv electrode of tee thgger celi is higher than that of the positivv electrode，and tee necativv temperature rate is stable;dfter the thermal runaway occuia，the module directly connected witli the positivv electrode has higher risk due te the influencc of eie positivv jet tlame，and is most atected in the thermal expansion.-关键词】电池系统热失控温度特性电动汽车doi：10.3969/j.issn.1007-4554.2021.01.020引言大力推进新能源汽车发展，是我国在转：源消费结构、改善环境、提升能源效面做出的选择，也是推动我国汽车产业转型升级，实现我国从汽车大国迈向汽车强国的必：路。

锂离子电池热失控危险性研究进展摘要：新能源电动汽车凭借其运行过程智能化高、环保性好成为汽车领域技术发展的热点之一，有望取代传统的燃油汽车。

与此同时，新能源汽车燃爆事故屡有发生，事故呈现多发性、严重性和易复燃等特点，其起火源大多为锂离子动力电池。

锂离子电池单体事故会依次经历电池内部连锁化学反应、电池热失控气体释放、电池燃烧或爆炸。

对于电池模块/电池包而言，其内部还会发生热失控传播。

与其他火灾事故一样，锂离子电池事故也会产生一些有毒有害气体，对人体健康造成危害。

关键词：锂离子电池；热失控；危险性；措施1热失控气体锂离子电池热失控气体为混合气体，想要对热失控气体的危险性进行研究，首先要掌握气体成分组成及含量。

研究方法大多是在密闭空间内引发锂离子电池的热失控，再将气体从容器中导出，然后进行检测分析。

针对过充、过放和短路等3种工况下的锂离子电池热失控气体收集，设计了收集装置并对可行性进行了分析，同时通过实验验证了可操作性。

对以LiCoO2/Li(Ni0.50Mn0.25Co0.25)O2、Li(Ni0.45Mn0.45Co0.10)O2和LiFePO4为正极材料的18650型商用锂离子电池进行外部加热诱发的热失控实验。

利用气相色谱仪对气体组分进行分析，实验测得气体释放量高达0.27mol。

对以Lix(Ni0.80Co0.15Al0.05)O2和LixFePO4为正极材料的两种18650型电池在不同荷电状态(SOC)下进行23次热失控实验，采集并分析热失控气体样品，认为：与以LixFePO4为正极材料的电池相比，以Lix(Ni0.80Co0.15Al0.05)O2为正极材料的电池热失控气体中CO2和H2占比更高；SOC较高的电池会产生更多的气，气体组分随着SOC的变化而变化；CO2随着SOC的增加而减少，H2和CO则相反。

通过加速量热仪(ARC)诱发18650型锂离子电池热失控，并收集检测热失控气体，结果表明：热解气体主要成分为CO2,其次是CO、C2H4和H2。