应用案例 | 18650锂电池热失控总放热量研究
2025-07-28 19:38:55, 浙仪应用研究院 杭州之量科技有限公司
# 前言 #
电池热失控总放热量是量化热失控破坏力的核心指标，对电池热管理设计和热安全管理具有重要指导意义。常用的绝热式热分析仪器高度依赖比热容的精确测定，且电池热失控瞬间放热速率较快，温度追踪不及时会造成量热误差，无法获取完整的电池放热量数据。
自动氧弹量热仪是一种基于等温量热原理测量物质燃烧热的仪器。仪器将密闭氧弹浸没于充满水的内筒中，通过燃烧氧弹内一定量的可燃物来开展测试。燃烧释放出的热量通过氧弹传递至内筒的水，根据水温变化即可计算出可燃物的放热量。
本研究基于定制型ATC 300A自动氧弹量热仪，在惰性气氛下通过加热片触发18650三元锂电池热失控，测量其总放热量。结果表明：空电状态下为45896.9J，满电状态下为67620.7J。
# 实验方法 #
1. 实验条件
测试仪器：定制型ATC 300A自动氧弹量热仪
测试方法：GB/T 213-2008
实验样品：18650三元锂电池
热失控触发方式：加热片触发（20V/5A）
2. 测试过程
打开定制型ATC 300A自动氧弹量热仪；
Step1：准备空电/满电的18650三元锂电池，称重并记录其电压值；
Step2：将加热片与电池紧密贴合，连接加热片并组装至氧弹内，如图2所示；
图2 电池安装至氧弹内
Step3：将装好的氧弹悬挂至仪器上，设置实验参数，填写样品信息；
Step4：开始实验，仪器自动进行测试；
Step5：实验结束，取下氧弹并进行清理；
Step6：重复测试，记录实验数据。
# 实验结果 #
实验装置如图3所示。仪器内部通过加热片触发18650三元锂电池热失控，测试获得的燃烧热扣除加热片输入热量即为电池总放热量。
图3 定制型ATC 300A自动氧弹量热仪
如表1所示，空电状态下电池三次重复测试的总放热量均值为45896.9J，相对标准偏差（RSD）为3.25%；满电状态下电池总放热量为67620.7J。
表1 18650锂电池总放热量测试结果
18650 锂电池 | 空电 | 满电 | ||
序号 | a | b | c | d |
电量/V | 3.596 | 3.596 | 3.596 | 4.130 |
测前质量/g | 45.106 | 44.963 | 44.994 | 45.293 |
测后质量/g | 24.440 | 32.804 | 27.293 | 19.370 |
失重比 | 46% | 27% | 39% | 57% |
燃烧热/J | 68483.1 | 58791.2 | 68768.5 | 78604.5 |
加热片放热量/J | 21331.5 | 14540.3 | 22480.4 | 10983.8 |
电池总放热量/J | 47151.6 | 44250.9 | 46288.1 | 67620.7 |
总放热量均值/J | 45896.9 | - | ||
总放热量RSD | 3.25% | - | ||
在上述测试中，三次空电状态下电池热失控测试后的状态与质量不同，可能是电池总放热量存在偏差的主要原因。测试后电池状态如图4所示：空电状态下b电池燃烧后较为完整，a与c电池燃烧后状态较为接近，均发生内容物喷出；满电状态下d电池燃烧较为彻底，基本仅存外壳。
图4 a/b/c空电与d满电18650锂电池热失控后状态
从测试结果看，空电状态下b电池总放热量最小，a与c结果相差不大，满电状态下d电池总放热量最大。电池热失控燃烧前后的质量损失与总放热量呈正相关，失重比越大，总放热量越大。
# 结论 #
本文利用加热片触发电池热失控的方式，通过定制型ATC 300A自动氧弹量热仪测定18650三元锂电池在空电/满电状态下的热失控总放热量，为锂电池热管理设计及消防安全评估提供关键基础参数。
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