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BTC-130 應用案例：高溫循環(huán)對鋰離子電池安全影響研究

前言

本文介紹一篇文獻，文獻作者使用BTC-130評估高溫循環(huán)老化電池安全性，該評估過程基于電池絕熱熱失控過程的特征溫度，說明高溫循環(huán)下不同SOH電芯的安全性。

BTC-130評估電池安全性文章作者使用3.9Ah軟包電池，電池正極為Li(Ni0.6Mn0.3Co0.1)O2 (NMC631)。作者使用絕熱加速量熱儀(accelerating rate calorimeter，ARC, H.E.L BTC-130)進行測試。測試結果中，T1為自產熱起始溫度，自產熱速率大于 0.02℃/min，則認為開始自產熱，T2為自產熱速率大于60℃/min的溫度點，T3為最高溫度點。

圖1a)和b)分別為不同SOH時，高溫循環(huán)電池的熱失控過程溫度曲線及溫升速率曲線。根據熱失控曲線，提取T1、T2、T3和Max dT/dt。

從表1可以看出，隨著SOH下降，特征溫度及最高溫升速率逐漸下降。T1溫度下降，說明自產熱反應更容易被觸發(fā)，高溫過程降低了電芯整體的熱穩(wěn)定性。T1一般對應于SEI的分解，T1下降，說明高溫使SEI的熱穩(wěn)定性下降。T2下降，說明正負極反應體系的熱穩(wěn)定性下降。T3和max dT/dt下降，這可能是由于熱失控反應活性物質減少。

文章延伸文章作者研究了老化后電芯的內部產氣，具體見圖2。

從圖2可以看出，高溫老化后的電芯，H2占據主要組成，超過55%，H₂的產生主要是由于電解液的氧化還原反應。溶解的過渡金屬也會成為H₂產生的催化劑。CO₂、CO和碳氫化合物主要來源于高溫老化過程產生的析出鋰金屬與電解液反應。

由于文章作者使用的BTC-130為敞開體系，因此，無法研究熱失控過程的氣體，文章中未出現對于不同老化狀態(tài)的熱失控氣體組成分析。

H.E.L公司與第三方合作，推出BTC系列與高壓質譜(MS)聯用方案，可以實現50ms/質量數的高頻率數據分析，該分析可以在氣體高壓高溫時進行。

下圖為質譜與BTC-130的連接圖，該方案已經實現設備接口的配合。

下圖為模擬高壓下測試，高壓質譜可以實現8Bar進氣的高壓測試，可檢測到模擬氣體：

下圖為不同容量電池熱失控氣體分析結果：

151Ah電芯熱失控后有大量CO₂、H₂、CH₄、C₂H₄、CO以及少量的SO₂、巰基胺等物質。177Ah電芯熱失控后有大量CO、CO₂、H₂以及少量甲苯、三甲N-氧化物、長鏈烴等物質。

來源[1] Zhang G, Shen W, Wei X. Lithium-ion battery thermal safety evolution during high-temperature nonlinear aging[J]. Fuel, 2024, 362: 130845.

About H.E.L

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文章來自HEL微信公眾號，編號HEL2025-YJ01-05/05。