В конце января я участвовал в технологии THT Accelerating Rate Calorimeter (ARC) и обучения в Великобритании в 2018 году. На тренировочном сайте есть CATL, литиевая батарея AVIC, Guoxuan, BYD и другие отечественные производители литий-ионных аккумуляторов Участвуйте в обмене и обучении, все производители очень обеспокоены безопасностью батареи и широко используют технологию ARC для тестирования тепловых характеристик аккумуляторной батареи. Теперь на этом учебном резюме и поделиться с вами текстом ошибки, пожалуйста, критикуйте.
ARC - это инструмент термического анализа, основанный на принципе адиабатического дизайна, разработанный Dow Chemical в 1970-х годах и коммерциализируемый Columbia Scientific в 1980-х годах. ARC обеспечивает контролируемую и точную адиабатическую среду В эксперименте калориметр поддерживает температуру синхронно с температурой образца и может слишком поздно имитировать внутреннюю теплоту батареи, чтобы рассеять тепловые характеристики процесса экзотермической реакции, чтобы понять реальную работу батареи. ARC имеет следующие характеристики:
① высокая чувствительность, лучше, чем DSC 1 ~ 2 порядка;
② гибкость измерения, ARC может изучать компоненты аккумулятора, тестировать различные размеры и модели батарей;
③ различное разрешение реакции является сильным, может имитировать ситуацию теплового убегания, учитывая точные данные о температуре;
④ может одновременно получать кривые температуры и давления с течением времени;
⑤ может получить ряд термических параметров, таких как начальная температура разложения, тепловая скорость, теплота реакции, энергия активации.
Рисунок 1 Схема оборудования ARC UK THT
На фиг.1 показана физическая фотография блока ARC, состоящего из корпуса печи с нагревателем и датчика температуры и системы управления для адиабатической работы. Печь состоит из верхней, периметра и нижней части 3, каждая из которых содержит 2 Один нагреватель и одна термопара с четырьмя нагревателями и одна термопара по периметру и термопара для контроля температуры в соответствующей области. Адиабатическая среда ARC достигается путем поддержания камеры образца в соответствии с температурой адиабатической печи Для изучения самонагрева образца в адиабатической среде внутренняя структура показана на рисунке 2.
Рисунок 2 Внутренняя структурная схема ARC
Основным принципом работы ARC является режим ожидания ожидания нагрева (HWS) (рисунок 3). Пользователь должен установить в систему начальную и конечную температуру, значение градиента температуры и значение чувствительности. Камера сначала нагревает образец до начальной температуры, а затем переходит в состояние ожидания, чтобы привести образец и калориметр к одной и той же температуре и достичь теплового равновесия. После периода ожидания вводится режим поиска, когда нагреватель не нагревается , Система сравнивает скорость нагрева и заданную чувствительность (обычно 0,02 ° C / мин), чтобы узнать, есть ли утечка тепла. Если скорость нагрева выше заданного значения, прибор автоматически переходит в «экзотермическое» состояние, и система будет устанавливать температуру, Данные скорости нагрева и давления регистрируются, а весь образец процесса адиабатичен, а логика режима работы HWS показана на рисунке 4. Если прибор не обнаруживает экзотермическую реакцию, система автоматически переключается в режим нагрева, автоматически повышая температуру в зависимости от температурного градиента Градиент, начните еще один раунд «нагревания - ожидание - поиск» до достижения конечной температуры или обнаружения экзотермы.
ARC может быть положительным и отрицательным материалом, температурой тепловой реакции электролита, тестом на тепловыделение, вы можете использовать литиево-ионный аккумулятор для положительных и отрицательных электродных материалов, исследование безопасности электролита, чтобы проанализировать причину утечки литиево-ионных аккумуляторов с тепловой энергией. Анализ ARC углеродного отрицательного электрода в электролите может изучать термическое разложение пленки SEI. Помимо анализа тепловых характеристик материала батареи, ARC также может анализировать термические характеристики литиево-ионных батарей разных типов, размеров и применений. Государственная ключевая лаборатория автомобильной безопасности и энергетики, Университет Цинхуа, Фэн Сюнь Нин и другие опубликовали первый международный тест с использованием ARC для тестирования теплового режима сильной батареи большой мощности и тепловых результатов. Они использовали технологию ARC для тестирования батареи 25Ah NMC / Gr, модель Является 26-миллиметровым датчиком VDA с двумя ячейками параллельно и двумя термопарами, встроенными в ячейку: один в центре двух катушек, один на предохранительном клапане и еще два на корпусе ячейки Термопара, как показано на рисунке 5.
Рисунок 5 Диаграмма местоположения установки термопары для батареи
Батарея в камеру пробы для тестирования ARC, тестирование температуры четырех термопар и напряжения батареи во время кривой температуры испытания и изменения напряжения в течение времени, показанного на рисунке 6. Максимальная температура появляется в середине двух сердечников (рис. 5 В положении 1) составляет 853 ° C. Согласно фиг. 6, существует несколько общих характеристик теплового утечки батареи. Температура:
T1: Начальная температура самогенерируемого тепла (обычно более 100 ° C)
T2: Скорость повышения температуры начинает падать
T3: Термическая температура запуска (обычно более 200 ° C)
T4: максимальная температура термического отрыва (500 ° C -1000 ° C)
Рисунок 6 Температура процесса термического отрыва батареи, кривая изменения напряжения
Рисунок 7 Температурные точки, соответствующие скорости повышения температуры
Согласно трем характерным температурам, показанным на фиг.6, и темпам повышения температуры, соответствующим температурным точкам, показанным на фиг.7, тепловой побег в испытательном процессе АРК батареи NMC можно разделить на шесть этапов:
Этап 1: по мере того, как тестовая температура нагрева продолжает расти, уменьшается емкость батареи, ионы лития от отрицательного полюса.
Этап 2: температура Т1 достигает температуры, на этой стадии батарея начала спонтанную лихорадку, из-за продолжающегося снижения емкости высокотемпературной батареи, в то время как отрицательное разложение мембраны SEI, электролит продолжал реагировать с отрицательным поверхностным теплом.
Стадия 3: Температура Т2 достигается, как показано на рисунке 7, и скорость повышения температуры снижается из-за поглощения тепла и растворения мембраной.
Этап 4: из-за растворения мембраны, микро-короткое замыкание внутри батареи, в то время как отрицательное разложение потребляет электроактивные вещества, повышая темп повышения температуры.
Этап 5: достигнута температура Т3 и срабатывает тепловой побег. Из-за плавления большой площади мембраны происходит большая область сильного короткого замыкания. В то же время, такие насильственные реакции, как разложение материала положительного электрода, разложение электролита и разложение связующего, генерируют большое количество тепла и вскоре достигают максимальной температуры T4. Обычно температура, соответствующая скорости повышения температуры выше 1 ° C / с, определяется как T3.
Этап 6: происходят остаточные реакции, вызывающие небольшое повышение температуры, и оборудование начинает охлаждать процесс испытания.
Рисунок 8 Диаграмма температурного режима тепловыделения батареи
Температурный диапазон каждой ступени и соответствующий внутренний процесс реакции батареи показаны на рисунке 8, который основан на основных общих характеристиках теста батареи ARC. Технология ARC широко используется для изучения характеристик тепловой безопасности батареи. Кроме того, тест ARC также может расширить приложение, например, Увеличьте тепловизионные камеры, онлайн-давление реакции, тестирование онлайн-газа.
