锂离子电池内压测量的量热法

    卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）应用材料应用材料物理研究所成立于2011年，是欧洲最大的电池热量计实验室。我们的团队使用六种不同尺寸的加速量热仪（ARCs，热危害技术）与循环仪结合使用，我们的团队可以定量评估锂离子电池在准绝热和等近似的材料，电池和电池组水平上的热力学，热学和安全性数据。正常和滥用条件（热，电和机械）的环境。锂离子电池具有能量密度高，开路电压高，充放电快，无记忆效应和自放电低的优点，这使它们成为便携式电子设备和运输电气化最合适的电源，这对21世纪的日常生活影响越来越大。最近我们开发了一种量热法来测量这些细胞的内部压力。

    安全第一
    安全第一 - 这是中心负责人Carlos Ziebert博士的使命。整体安全评估是电池技术升级和市场接受度的先决条件，因为整个系统的温度无法控制的增加（所谓的热失控）可能导致电池点火甚至爆炸，从而引起公众的负面注意甚至拒绝。随着能量密度的增加，锂离子电池的安全性变得越来越重要。因此，量热法是获得热和安全行为的定量数据的基本技术 - 您需要知道在每种条件下细胞将产生多少瓦特。该信息可用于调整电池管理，热管理和安全系统。

    内压测量方法
    内部压力是一个重要参数，因为它的增加可以用作热事件的早期预警信号，以后可能导致热失控。已经在18650细胞上建立了用于测量内部细胞压力的新的量热方法，并且最近已将其转移到袋细胞中。连接到压力传感器的压力管线直接插入电池中，如图1a）中18650电池的X射线断层摄影图像和图1b中袋状电池的左侧所示。然后用环氧树脂再次密封电池，并将电池放入量热计室，其具有位于盖子，底部和侧壁的加热器和热电偶。最后，在所谓的Heat-Wait-Seek（HWS）测试期间测量内部压力[1]。这个测试开始于热通过在5K的温度步骤加热所述细胞模式。在每个步骤结束时，激活等待模式以达到热平衡。然后系统进入搜索模式，寻找温度速率并以两种可能的模式结束 - 放热模式或加热模式。如果测量的温度速率大于起始灵敏度（通常为0.02 K / min），则系统进入放热状态模式。该模式代表准绝热条件，这意味着热量计的温度瞬间跟随电池的表面温度; 也就是说，细胞不再与周围环境进行热交换。因此，它越来越多地升温，直到发生热失控或化学物质被放热反应完全消耗。另一方面，如果温度速率较小，则系统返回加热模式。


    得到的图清楚地显示了内部压力的增加。在18650电池的情况下，当达到12.5巴的临界压力时，这导致安全阀的打开（s。图2a））[2]。对于袋式电池，焊缝在约2.6巴的压力和约110℃的温度下打开。该方法也适用于大型棱柱形汽车电池。下一步是开发一种压力传感器，该传感器可以集成到电池管理系统（BMS）中，作为额外的安全功能。