優(yōu)秀論文 I 電池絕熱量熱儀用于大容量磷酸鐵鋰電池熱失控過程中內(nèi)部壓力演變研究

  • 更新時間：2025-03-20
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中國科學技術大學王青松教授團隊在《Journal of Energy Storage》（IF：8.9）期刊發(fā)表題為《Experimental study on the internal pressure evolution of large-format LiFePO4 battery during thermal runaway》論文。該研究由中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室、合肥國軒高科動力能源有限公司和合肥工業(yè)大學電氣與自動化工程學院等機構聯(lián)合支持，重點探討了大容量磷酸鐵鋰電池在熱失控過程中的內(nèi)部壓力演變機制。


本研究中，團隊使用仰儀科技大型電池絕熱量熱儀BAC-420A，并聯(lián)用壓力傳感器、氣相色譜儀等設備，針對充滿電的300Ah磷酸鐵鋰電池，對其在熱失控過程中的內(nèi)部壓力變化、氣體釋放情況以及溫度變化展開了詳細研究。




部分配圖展示



本研究中BAC-420A的應用：

大型電池絕熱量熱儀BAC-420A提供了絕熱環(huán)境，能夠精確捕捉電池在熱失控過程中的自放熱反應，幫助研究人員深入理解電池內(nèi)部的熱行為和壓力演變。
1. 熱失控特性測試

利用BAC-420A的HWS模式開展熱失控測試，模擬絕熱環(huán)境并記錄溫度、電壓等數(shù)據(jù)。確定了自放熱起始溫度（Tonset）、熱失控起始溫度（TTR）和熱失控最高溫度（Tmax）等關鍵溫度點，實驗將熱失控過程分為三個階段，明確了各階段的反應和溫度變化特點。



部分實驗成果展示


2. 內(nèi)部壓力演變分析
研究團隊采用BAC-420A與壓力傳感器配合監(jiān)測壓力和溫度。分析了電解液蒸發(fā)和氣體釋放對內(nèi)部壓力的影響。發(fā)現(xiàn)安全閥開啟前內(nèi)部壓力演變可分為三個階段，且不同階段壓力升高的主導因素各異。




部分實驗成功展示


3. 氣體成分及安全閥開啟機制研究
在絕熱實驗測試過程中，借助雙向球閥將電池內(nèi)部氣體輸入氣相色譜儀，對氣體成分及含量進行實時分析，以此反推安全閥開啟前電池內(nèi)部的化學反應。通過壓力計算，得出化學反應的產(chǎn)氣速率及產(chǎn)氣量等數(shù)據(jù)，并與電池絕熱產(chǎn)熱量數(shù)據(jù)進行對比分析。結果表明，在電池開閥前，電池自放熱的產(chǎn)熱量與反應速率呈線性相關。




部分實驗結果展示


大型電池絕熱量熱儀聯(lián)用方案（非文中內(nèi)容，僅展示參考）


總結：

本研究的成果為大容量磷酸鐵鋰電池的熱安全設計提供了重要參考。通過BAC-420A的實驗數(shù)據(jù)，研究人員能夠更準確地預測電池在熱失控過程中的內(nèi)部壓力變化和氣體釋放行為，為開發(fā)基于內(nèi)部壓力的預警系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。此外，研究還揭示了電解液蒸發(fā)和氣體釋放在安全閥開啟中的主導作用，為改進電池安全設計、預防火災和爆炸事故提供了新的思路。