卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）應(yīng)用材料應(yīng)用材料物理研究所成立于2011年，是歐洲最大的電池?zé)崃坑?jì)實(shí)驗(yàn)室。我們的團(tuán)隊(duì)使用六種不同尺寸的加速量熱儀（ARCs，熱危害技術(shù)）與循環(huán)儀結(jié)合使用，我們的團(tuán)隊(duì)可以定量評(píng)估鋰離子電池在準(zhǔn)絕熱和等近似的材料，電池和電池組水平上的熱力學(xué)，熱學(xué)和安全性數(shù)據(jù)。正常和濫用條件（熱，電和機(jī)械）的環(huán)境。鋰離子電池具有能量密度高，開路電壓高，充放電快，無記憶效應(yīng)和自放電低的優(yōu)點(diǎn)，這使它們成為便攜式電子設(shè)備和運(yùn)輸電氣化最合適的電源，這對(duì)21世紀(jì)的日常生活影響越來越大。最近我們開發(fā)了一種量熱法來測(cè)量這些細(xì)胞的內(nèi)部壓力。

    安全第一
    安全第一 - 這是中心負(fù)責(zé)人Carlos Ziebert博士的使命。整體安全評(píng)估是電池技術(shù)升級(jí)和市場(chǎng)接受度的先決條件，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的溫度無法控制的增加（所謂的熱失控）可能導(dǎo)致電池點(diǎn)火甚至爆炸，從而引起公眾的負(fù)面注意甚至拒絕。隨著能量密度的增加，鋰離子電池的安全性變得越來越重要。因此，量熱法是獲得熱和安全行為的定量數(shù)據(jù)的基本技術(shù) - 您需要知道在每種條件下細(xì)胞將產(chǎn)生多少瓦特。該信息可用于調(diào)整電池管理，熱管理和安全系統(tǒng)。

    內(nèi)壓測(cè)量方法
    內(nèi)部壓力是一個(gè)重要參數(shù)，因?yàn)樗脑黾涌梢杂米鳠崾录脑缙陬A(yù)警信號(hào)，以后可能導(dǎo)致熱失控。已經(jīng)在18650細(xì)胞上建立了用于測(cè)量?jī)?nèi)部細(xì)胞壓力的新的量熱方法，并且最近已將其轉(zhuǎn)移到袋細(xì)胞中。連接到壓力傳感器的壓力管線直接插入電池中，如圖1a）中18650電池的X射線斷層攝影圖像和圖1b中袋狀電池的左側(cè)所示。然后用環(huán)氧樹脂再次密封電池，并將電池放入量熱計(jì)室，其具有位于蓋子，底部和側(cè)壁的加熱器和熱電偶。最后，在所謂的Heat-Wait-Seek（HWS）測(cè)試期間測(cè)量?jī)?nèi)部壓力[1]。這個(gè)測(cè)試開始于熱通過在5K的溫度步驟加熱所述細(xì)胞模式。在每個(gè)步驟結(jié)束時(shí)，激活等待模式以達(dá)到熱平衡。然后系統(tǒng)進(jìn)入搜索模式，尋找溫度速率并以兩種可能的模式結(jié)束 - 放熱模式或加熱模式。如果測(cè)量的溫度速率大于起始靈敏度（通常為0.02 K / min），則系統(tǒng)進(jìn)入放熱狀態(tài)模式。該模式代表準(zhǔn)絕熱條件，這意味著熱量計(jì)的溫度瞬間跟隨電池的表面溫度; 也就是說，細(xì)胞不再與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換。因此，它越來越多地升溫，直到發(fā)生熱失控或化學(xué)物質(zhì)被放熱反應(yīng)完全消耗。另一方面，如果溫度速率較小，則系統(tǒng)返回加熱模式。


    得到的圖清楚地顯示了內(nèi)部壓力的增加。在18650電池的情況下，當(dāng)達(dá)到12.5巴的臨界壓力時(shí)，這導(dǎo)致安全閥的打開（s。圖2a））[2]。對(duì)于袋式電池，焊縫在約2.6巴的壓力和約110℃的溫度下打開。該方法也適用于大型棱柱形汽車電池。下一步是開發(fā)一種壓力傳感器，該傳感器可以集成到電池管理系統(tǒng)（BMS）中，作為額外的安全功能。