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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部壓力演變研究

更新時間：2025-03-20  |  點擊率：99

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部壓力演變研究


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大學電氣與自動化工程學院等機構聯合支持，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部壓力變化、氣體釋放情況以及溫度變化展開了詳細研究。



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部壓力演變研究


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部壓力演變研究

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，模擬絕熱環境并記錄溫度、電壓等數據。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。

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部壓力演變研究


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部壓力演變研究


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部壓力演變研究

 部分實驗成果展示


2. 內部壓力演變分析
研究團隊采用BAC-420A與壓力傳感器配合監測壓力和溫度。分析了電解液蒸發和氣體釋放對內部壓力的影響。發現安全閥開啟前內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。


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部壓力演變研究


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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部壓力演變研究

部分實驗成果展示


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部的化學反應。通過壓力計算，得出化學反應的產氣速率及產氣量等數據，并與電池絕熱產熱量數據進行對比分析。結果表明，在電池開閥前，電池自放熱的產熱量與反應速率呈線性相關。


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部壓力演變研究


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部壓力演變研究


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部壓力演變研究

部分實驗成果展示


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部壓力演變研究

大型電池絕熱量熱儀聯用方案（非文中內容，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的實驗數據，研究人員能夠更準確地預測電池在熱失控過程中的內部壓力變化和氣體釋放行為，為開發基于內部壓力的預警系統提供了理論依據。此外，研究還揭示了電解液蒸發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。