如何運用量熱儀來改進二次電池的安全性與性能?
二次電池是那些可重複充電的電池,近年來無線電話、行動電話、筆記型電腦等可攜式3C產品,電動車、電動機車、電動腳踏車,這些運輸工具,以及大型、小型儲能設備的普及,讓具有充電功能的二次電池,成為不可或缺的零配件,目前二次電池,根據其技術基礎,共可分為四大類:
鎳鎘電池(Ni-Cd)、鎳氫電池(Ni-MH)、鋰離子電池(Li-ion)及鋰高分子電池(Li-polymer,又稱鋰聚合物電池)。其中鋰電池因為其高能量密度、壽命長、重量輕等優點,是目前主流的二次電池。
鋰電池的發展日新月異,尤其安全性更是各個大電池芯、電池模組廠商花費最多心力在改進的重點。歸納目前鋰電池技術發展的核心項目,可分為以下幾點:
- 降低成本
- 加速生產速度、規模
- 增加電池的充放電壽命,以及降低熱折損
- 加大電池能量密度
- 加快充放電速率
- 減少使用過程的電池發熱
- 避免電池發熱失控
- 減少電池失控過程的能量
- 加強溫度影響、物理性誤用、電子設計錯誤,等等例外條件之下的抵抗防護能力
除了跟生產有關的項目之外,其他的項目,都可以利用量熱儀來徹底了解電池的充放電特性,透視其他從電壓、電流看不出來的電池反應。量熱儀可以利用熱力學的絕熱過程、等溫過程,以破壞性的方式,測試電池的極限、以及潛在的風險。或是以非破壞性的方式,在電子電力特性之外,再加上「熱量」這個觀測條件,可以全面了解在各種條件下的實際能量進出狀況。
然而,一般的量熱儀,受限於樣品量 (頂多一、二十毫升),這麼一點點的大小,很難看出電池充放電過程中的能量進出。英國熱危害科技儀器公司 (Thermal Hazard Technology, THT) 繼承陶氏化學在化學失控檢測儀器的多年技術,在25年間,發展出多種適合測量電池熱反應特性的先進儀器,讓研究者可以用破壞性或非破壞性的方式,在更大的樣品槽中,放入完整的電池芯或電池模組,在完全模擬電池實際運作的條件下,檢驗電池的極限與熱效率。同時,THT 這一系列的電池檢測儀器,還設計有更高的防爆等級,來保護研究者的安全。
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