如何运用量热仪来改进二次电池的安全性与性能?

发布于 2018-01-20 15:02

二次电池是那些可重复充电的电池,近年来无线电话、行动电话、笔记型电脑等可携式3C产品,电动车、电动机车、电动脚踏车,这些运输工具,以及大型、小型储能设备的普及,让具有充电功能的二次电池,成为不可或缺的零配件,目前二次电池,根据其技术基础,共可分为四大类:

镍镉电池(Ni-Cd)、镍氢电池(Ni-MH)、锂离子电池(Li-ion)及锂高分子电池(Li-polymer,又称锂聚合物电池)。其中锂电池因为其高能量密度、寿命长、重量轻等优点,是目前主流的二次电池。

锂电池的发展日新月异,尤其安全性更是各个大电池芯、电池模组厂商花费最多心力在改进的重点。归纳目前锂电池技术发展的核心项目,可分为以下几点:

  1. 降低成本
  2. 加速生产速度、规模
  3. 增加电池的充放电寿命,以及降低热折损
  4. 加大电池能量密度
  5. 加快充放电速率
  6. 减少使用过程的电池发热
  7. 避免电池发热失控
  8. 减少电池失控过程的能量
  9. 加强温度影响、物理性误用、电子设计错误,等等例外条件之下的抵抗防护能力

除了跟生产有关的项目之外,其他的项目,都可以利用量热仪来彻底了解电池的充放电特性,透视其他从电压、电流看不出来的电池反应。量热仪可以利用热力学的绝热过程、等温过程,以破坏性的方式,测试电池的极限、以及潜在的风险。或是以非破坏性的方式,在电子电力特性之外,再加上“热量”这个观测条件,可以全面了解在各种条件下的实际能量进出状况。

然而,一般的量热仪,受限于样品量 (顶多一、二十毫升),这么一点点的大小,很难看出电池充放电过程中的能量进出。英国热危害科技仪器公司 (Thermal Hazard Technology, THT) 继承陶氏化学在化学失控检测仪器的多年技术,在25年间,发展出多种适合测量电池热反应特性的先进仪器,让研究者可以用破坏性或非破坏性的方式,在更大的样品槽中,放入完整的电池芯或电池模组,在完全模拟电池实际运作的条件下,检验电池的极限与热效率。同时,THT 这一系列的电池检测仪器,还设计有更高的防爆等级,来保护研究者的安全。

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