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電池單體-循環(huán)后熱失控性能試驗檢測

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發(fā)布時間：2025-07-24 20:36:51 更新時間：2025-07-23 20:36:51

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

電池單體-循環(huán)后熱失控性能試驗檢測概述

電池單體作為鋰離子電池等能源存儲技術(shù)的核心組件，其安全性直接關(guān)系到電動汽車、便攜設(shè)備和儲能系統(tǒng)的可靠性。熱失控性能檢測是評估電池在異常條件下的安全行為的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是在經(jīng)過多次充放電循環(huán)后，電池性能的退化可能顯著增加熱失控風(fēng)險（即電池內(nèi)部溫度急劇上升導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，引發(fā)火災(zāi)或爆炸）。循環(huán)后熱失控性能試驗檢測旨在模擬電池實際使用中的老化和應(yīng)力環(huán)境，通過對循環(huán)老化后的單體電池進(jìn)行專門的熱誘導(dǎo)測試，評估其熱穩(wěn)定性、失控傳播速度和臨界溫度等參數(shù)。這一檢測的重要性在于及早識別潛在故障，防止大規(guī)模安全事故的發(fā)生，并為電池設(shè)計、制造和安全標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù)。近年來，隨著新能源行業(yè)的快速發(fā)展，針對電池?zé)岚踩姆ㄒ?guī)日益嚴(yán)格，如IEC 62660系列標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 31485等強(qiáng)制性要求，都強(qiáng)調(diào)了循環(huán)后熱失控試驗的必要性。通過本檢測，制造商和研發(fā)機(jī)構(gòu)可以優(yōu)化電池材料、結(jié)構(gòu)和熱管理系統(tǒng)，確保產(chǎn)品在長期使用中的安全性和耐久性。

檢測項目

電池單體循環(huán)后熱失控性能試驗的核心檢測項目包括多個關(guān)鍵指標(biāo)：首先是熱失控起始溫度（TRT），即電池在外部熱源作用下開始失控的臨界溫度值；其次是熱失控傳播特性，如失控傳播速度、失控區(qū)域擴(kuò)散的持續(xù)時間以及峰值溫度（最高可達(dá)1000°C以上），這些參數(shù)反映失控的嚴(yán)重程度和蔓延能力；此外，還包括質(zhì)量損失率（檢測失控過程中的電池材料揮發(fā)或燃燒損失）、氣體排放成分分析（如一氧化碳、氫氣等有毒氣體的生成量）以及電壓和電流的異常變化。循環(huán)后檢測的特殊性在于，這些項目需在電池完成一定次數(shù)的充放電循環(huán)后進(jìn)行，例如500或1000次循環(huán)，以模擬實際老化狀態(tài)。通過這些項目，可全面評估電池在長期使用后的熱安全性能退化情況，為改進(jìn)電池壽命預(yù)測和安全防護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

檢測儀器

進(jìn)行電池單體循環(huán)后熱失控性能試驗需要一系列專業(yè)儀器以確保測試的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。主要儀器包括：溫度監(jiān)測設(shè)備，如熱電偶（用于插入電池內(nèi)部多點測溫）和紅外熱成像儀（用于實時捕捉失控過程中的熱分布圖像）；熱誘導(dǎo)裝置，例如恒溫加熱箱或外部加熱板，用于可控升溫以觸發(fā)熱失控；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括高速數(shù)據(jù)記錄儀和傳感器接口，用于連續(xù)記錄溫度、電壓、電流和壓力等參數(shù)；此外，安全防護(hù)儀器如防爆箱或惰性氣體環(huán)境倉，用于控制失控產(chǎn)生的火焰和氣體，并配備氣體分析儀（如質(zhì)譜儀或氣相色譜儀）來分析失控釋放的氣體成分；循環(huán)老化設(shè)備如充放電測試儀，用于預(yù)先對電池進(jìn)行模擬使用循環(huán)。這些儀器需符合高精度和可靠性標(biāo)準(zhǔn)，例如熱電偶需滿足±1°C的精度要求，確保試驗在ISO 17025實驗室環(huán)境下進(jìn)行。

檢測方法

電池單體循環(huán)后熱失控性能試驗的檢測方法遵循標(biāo)準(zhǔn)化流程：首先，樣品準(zhǔn)備階段，從批量電池中選取代表性單體，在充放電測試儀上進(jìn)行預(yù)循環(huán)老化（如依據(jù)GB/T 31467.3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行500次循環(huán)），記錄初始狀態(tài)；接著，將老化后的電池置于防爆環(huán)境中，使用恒溫加熱箱以恒定速率升溫（例如5°C/min）直至觸發(fā)熱失控，或采用針刺試驗（模擬內(nèi)部短路）作為替代觸發(fā)方式；然后，在整個失控過程中，通過熱電偶和紅外熱成像儀實時監(jiān)測溫度分布，同時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄關(guān)鍵參數(shù)變化；最后，分析階段包括計算熱失控傳播時間、峰值溫度和質(zhì)量損失率，并比對循環(huán)前后的差異。測試方法強(qiáng)調(diào)安全控制，例如在惰性氣氛下操作以防止爆炸風(fēng)險。整個過程需重復(fù)多次（通常至少3個樣本）以確保結(jié)果統(tǒng)計顯著性。這種方法結(jié)合了加速老化和熱激發(fā)的模擬，有效評估電池在長期使用后的熱失控抗性。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

電池單體循環(huán)后熱失控性能試驗的檢測標(biāo)準(zhǔn)是確保測試結(jié)果國際可比性和權(quán)威性的關(guān)鍵，涉及多個國際和國內(nèi)規(guī)范：主要標(biāo)準(zhǔn)包括國際電工委員會（IEC）的IEC 62660系列標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 62660-2對鋰離子電池?zé)崾Э販y試的詳細(xì)要求），以及中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31485-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池單體安全要求》，其中明確規(guī)定循環(huán)后熱失控試驗的步驟、參數(shù)和接受準(zhǔn)則；此外，美國標(biāo)準(zhǔn)如UL 1642和聯(lián)合國UN38.3也適用于此類檢測，要求電池在循環(huán)老化后通過熱沖擊、針刺或過充測試的評估。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容涵蓋循環(huán)次數(shù)的定義（通常為500~1000次）、失控觸發(fā)方法（如外部加熱至150°C或針刺深度）、關(guān)鍵參數(shù)閾值（例如峰值溫度不超過800°C）和報告格式。這些標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)測試環(huán)境的一致性（如溫度控制在25±2°C）和儀器校準(zhǔn)要求，確保檢測結(jié)果能用于產(chǎn)品認(rèn)證和市場準(zhǔn)入。合規(guī)性測試是電池安全認(rèn)證的必備環(huán)節(jié)，有助于降低行業(yè)風(fēng)險。