ARC绝热量热在锂电池热安全评估中的应用案例

一、案例背景

锂电池在充放电过程中存在明显的热效应，包括电极反应热、极化热、焦耳热和副反应热等。这些热量使电池内部温度上升，一旦温度过高将影响电池性能和寿命，甚至导致热失控。因此，准确测量电池的产热特性、比热容等热物性参数，是开展热安全设计与热管理优化的基础。

本文基于实验室典型测试案例，系统介绍绝热加速量热仪（ARC）在锂电池热安全评估中的典型应用：电池比热容测定、充放电产热测量与热失控特性分析。

二、测试原理与方法

绝热加速量热仪基于绝热追踪原理工作：量热腔实时追踪样品温度，通过加热保持样品与环境温度一致，从而封闭热耗散，使样品自身放热过程在近似绝热条件下被完整记录。与之相对，等温量热仪基于功率补偿原理，将电池温度控制恒定，利用电功率对产热进行等效补偿。

两种方法各有特点：

• 绝热量热法：能够获得电池在充放电过程中的绝热温升曲线和比热容数据，直接反映热积累过程，适合热失控研究；
• 等温量热法：适合恒定温度下的精确产热测量，可分辨电极反应热、极化热与副反应热的动态变化。

三、典型测试流程

1. 样品准备

以圆柱电池（三元体系，典型容量）与方形电池（磷酸铁锂体系，典型容量）为测试对象，测试前完成称重与夹具装配，标准铝块作为标定参比。

2. 比热容测试

采用差示绝热追踪原理：以柔性电加热片对电池与标准铝块同时加热，通过能量守恒计算不同温度下的比热容。典型温域内电池变温比热容随温度单调上升，量热腔与样品温差可控制在典型温差以内，为准绝热环境提供保障。

3. 充放电产热测量

在典型温度起始条件下，以恒压恒流充电、恒流放电方式，在典型倍率范围内测量产热功率曲线。

四、结果与讨论

实验数据表明，两种方法测定的产热功率变化趋势基本一致，说明均能反映充放电过程中电池内阻与熵变系数的变化规律。差异主要来自控温方式：等温量热测定热流的滞后性略大，与相对复杂的装样方式有关；而当电池最高温度未明显超过正常使用温度时，绝热法测定的产热量会小于等温法。

对于低倍率充电等出现明显吸热特征的工况，绝热量热仪无制冷功能，难以对降温过程进行快速温度追踪，可能导致吸热无法有效检出、测量结果偏大。这一规律为测试方法选型提供了参考。

五、案例启示

• 比热容数据是热模型建立的必要输入，宽温域变温测试可支撑精确热管理设计；
• 产热量与产热功率数据直接服务于热管理系统功耗评估与散热方案选型；
• 绝热温升曲线可评估电池在极端工况下的热积累风险，为安全使用制度提供依据。

热安全团队（thermsafe.cn）在锂电池热安全测试领域积累了丰富经验，从比热容测定到热失控特性分析均可提供系统服务，帮助研发与质控人员把好热安全关。