[發明專利]一種鋰離子電池火災危險性等級分級試驗檢測方法

有效

• 申請號: 202010466696.2
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111638302B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 王青松;毛斌斌;段強領;李煌;孫金華
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12;G01R31/392
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 鄧治平

本發明公開了一種鋰離子電池火災危險性等級分級通用試驗檢測方法，包括步驟：將鋰離子電池充電至100％荷電狀態，然后對樣品電池分別進行熱箱實驗和燃燒實驗；熱箱實驗中，依次設定熱箱溫度T為140、160和180℃，等待電池表面達到設定的熱箱溫度后保持30分鐘，觀察電池是否發生熱失控或溫度超過200℃，如果是，則被測電池的熱失控臨界環境溫度T₀小于或等于該熱箱溫度，大于上一熱箱溫度；燃燒實驗中，加熱電池至熱失控燃燒，記錄電池燃燒現象及電池熱釋放速率峰值并標準化為q_peak；最后基于熱失控臨界環境溫度T₀和標準化的熱釋放速率峰值q_peak，對照火災危險性等級矩陣對被測鋰離子電池的火災危險性進行檢測分級。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池火災危險性等級研究的技術領域，具體涉及的是一種鋰離子電池火災危險性等級的分級試驗方法，從鋰離子電池著火可能性和火災破壞力大小兩個角度對電池的火災危險性等級進行檢測分級。

背景技術

近年來，鋰離子電池成為日常生活中最為常見的二次電池，被廣泛應用于手機、便攜式電腦、航空航天以及電動汽車領域。然而鋰離子電池由于其高能量密度以及易燃易爆的材料成分，依然存在一定的安全問題，主要表現在電池經歷過充過放、機械沖擊以及過熱時存在熱失控或火災的危險。在鋰離子電池熱失控過程中常發生正極材料分解釋放氧氣、電解液及電極材料間的放熱反應，這些副反應常常導致熱和氣體的釋放，最終導致熱失控引起極其嚴重的火災威脅，如燃燒和爆炸等。因此研究鋰離子電池的火災危險性等級分級通用試驗方法和分級矩陣，對電池的熱安全進行定性和定量分析具有重要意義。

目前鋰離子電池常見的濫用測試主要分為電、熱和機械濫用測試；其中電濫用包括過充、過放電和短路等，熱濫用則包括加熱和火焰炙烤等，而機械濫用則包括擠壓、針刺和撞擊等；其中電池熱箱實驗和燃燒實驗得到廣泛的關注。物質的火災危險性等級可以從兩個角度考慮，即著火的可能性和火災的破壞力大小。某種物質越容易著火，如著火溫度越低；某種物質著火后的破壞力越大，放熱能力越強；則該種物質的火災危險性越大。然而目前尚缺乏針對鋰離子電池所專用的火災危險性等級通用分級試驗方法和分級矩陣；隨著鋰離子電池在電子產品領域形成壟斷地位，同時拓展至大型電動汽車和儲能電站等領域，亟需提出一種鋰離子電池火災危險性等級分級通用試驗檢測方法以對電池的熱安全進行定性和定量分析，為電池的安全設計提供指導。

發明內容

本發明的目的是為了提出一種基于熱箱實驗和燃燒實驗的鋰離子電池火災危險性等級分級通用試驗檢測方法。通過開展鋰離子電池熱箱實驗，測量電池的熱失控臨界環境溫度，可評估電池的著火可能性；通過開展鋰離子電池燃燒實驗，可評估電池的火災破壞力；綜合上述兩個指標，對鋰離子電池的火災危險性進行檢測和分級。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種鋰離子電池火災危險性等級分級通用試驗檢測方法，包括如下步驟：

步驟1、將鋰離子電池充電至100％荷電狀態；

步驟2、分別對被測電池樣品進行熱箱實驗和燃燒實驗；

步驟3、在熱箱實驗中，按照熱箱溫度臺階序列，依次設定熱箱溫度T為140、160和180℃，等待電池表面溫度達到熱箱溫度臺階序列中設定的熱箱溫度后，在該設定的熱箱溫度下保持30分鐘；檢查電池在該熱箱溫度下是否發生熱失控或表面溫度超過200℃，如果是，則記錄被測電池的熱失控臨界環境溫度小于等于該設定的熱箱溫度，而大于上一熱箱溫度臺階；如果不是，則提高熱箱溫度至下一個溫度臺階，繼續實驗；得到電池熱失控臨界環境溫度T₀；

步驟4、在電池燃燒實驗中，加熱電池至熱失控燃燒，記錄電池燃燒現象及熱釋放速率峰值并標準化為q_peak；

步驟5、根據實驗測得的電池熱失控臨界環境溫度T₀和標準化的熱釋放速率峰值q_peak，基于火災危險性等級分級矩陣，得到被測鋰離子電池的火災危險性等級。