ARC绝热加速量热仪在锂电池热安全测试中的应用

摘要：绝热加速量热仪（ARC）是电池热安全研究的重要工具，具有灵敏度高、热惰性小、测试样品量大等优势。本文介绍ARC的工作原理与核心参数，系统梳理其在正负极材料、电解液、SEI膜等电池组分热安全研究中的应用，并结合整电池热稳定性测试、比热容测定与滥用工况模拟等典型实验案例，展示ARC在量化电池热失控特性、支撑安全评估中的工程价值。

关键词：ARC绝热量热、热失控测试、绝热温升、电池产热、热安全评估

一、引言

锂离子电池热失控是制约其大规模应用的核心安全风险。准确量化电池在热滥用、电滥用等工况下的热行为，是开展安全设计与风险评估的前提。绝热加速量热仪（Accelerating Rate Calorimeter，ARC）通过模拟绝热环境，可精确捕捉电池自放热过程，为热失控机理研究与安全评估提供关键数据。

热安全团队（thermsafe.cn）配备专业绝热加速量热仪（ARC），可提供锂电池HWS热失控测试、绝热温升测试、充放电产热测试等专业服务，为电池热安全研究提供可靠数据支撑。

二、ARC的工作原理与核心参数

ARC的核心原理是在绝热条件下跟踪样品的自放热过程：当样品因放热反应导致温度升高时，量热仪同步加热炉体以维持样品与环境温度一致，从而消除热损失，使样品处于"准绝热"状态。通过这种方式，ARC能够真实还原电池在热失控过程中的温度演化与放热行为。

ARC可提供多项关键热安全参数，主要包括：

在电池热失控研究中，通常以三个特征温度表征热失控过程：自发升温起始温度（T1）、热失控触发温度（T2）与最大热失控温度（T3）。T1越低，说明电池越早进入自放热状态；T2与T3则反映热失控的触发门槛与后果严重度。

三、ARC在电池组分热安全研究中的应用

[图片：ARC测试电池组分材料热稳定性的示意图，展示正极、电解液、SEI膜等组分的放热曲线]

3.1 正负极材料

通过ARC可测试正极材料的热反应温度与放热量，分析导致热失控的根源。研究表明，电池在加热与滥用条件下发生的热失控，与正极材料分解及电解液反应放热密切相关。ARC还可用于电极材料的动力学研究，评估电极容量、电极类型、电极表面积及初始加热温度对热稳定性的影响。

3.2 电解液

电解液多采用有机易燃溶剂，是影响电池安全性的重要因素。ARC可从初始放热温度、压力、放热量及反应激烈程度等角度，对电解液的安全性进行系统分析，为阻燃电解液配方优化提供依据。

3.3 SEI膜

SEI膜位于负极表面，起到隔离负极与电解液的作用，但其亚稳定组分在一定温度下会发生放热分解。ARC试验可捕捉SEI膜分解的放热峰，揭示其热分解行为与温度区间，为理解热失控早期演化提供微观层面的证据。

四、ARC在整电池热安全测试中的应用

4.1 热稳定性测试

ARC可对18650、方形、软包、纽扣等多种型号电池进行热稳定性测试，检测电池在充放电、滥用、短路及高温下的热分解行为。典型测试中，满充状态电池最先发生SEI膜自放热，随后正极与电解液发生放热反应，隔膜熔化吸热造成温升速率短暂回落，最终负极与电解液反应加剧，电池彻底热失控。

4.2 比热容测定

ARC还可用于测定锂离子电池的比热容（Cp），这对电池热仿真建模具有重要意义。其原理为：在绝热条件下以恒定功率加热电池，记录升温速率，进而计算比热容。通过与标准物质对比，该方法测定的比热容误差可控制在典型比例以内，满足工程应用要求。

4.3 滥用工况模拟

ARC可结合充放电设备，模拟电池在短路、过充、针刺等滥用条件下的热特性，评估不同触发方式下热失控的演化路径与危害程度，为安全防护设计提供数据支撑。

五、典型测试案例

[图片：ARC绝热加速量热仪测试场景，展示电池置于绝热腔体内进行热失控测试]

在某软包电池热稳定性测试中，电池在典型温度时发生自放热反应，量热仪随即进入绝热模式跟踪；随着温度升高，升温速率持续增大，在典型温度时达到热失控触发条件，电池发生剧烈热失控，腔体内压力瞬间升高。该测试完整记录了热失控从起始到爆发的全过程，为评估电池安全裕度提供了直观数据。

在另一项针对不同循环倍率电池的热安全对比测试中，研究人员利用ARC监测电池在不同倍率循环后的热安全性能：随着循环倍率增加，电池热失控触发温度显著下降，热失控时间缩短，最大升温速率增大，表明高倍率循环会加速电池内部化学反应进程，显著增加热失控风险。这一结论为高倍率使用工况下的电池安全设计提供了重要参考。

六、结语

ARC凭借高灵敏度、低热惰性与大样品量等优势，已成为电池热安全研究不可或缺的工具。从电池组分材料到整电池，从热稳定性测试到比热容测定，ARC为量化电池热失控特性、支撑安全评估与防护设计提供了坚实的数据基础。热安全团队（thermsafe.cn）将持续以专业ARC测试能力服务电池热安全研究与应用。

引用来源

本文参考自行业技术公众号素材库中关于绝热加速量热仪在锂离子电池安全研究中的应用、ARC绝热量热试验方法、动力电池热失控基础特征温度等主题的技术文献。

相关服务

热安全团队（thermsafe.cn）提供锂电池HWS热失控测试（绝热加速量热仪ARC）、锂电池宽温域变温比热容测试（差示绝热追踪法）、绝热环境锂电池充放电产热测试、锂电池失控产气测试、方壳/硬壳电池导热系数测定（两状态法无损测试）、锂电池ARC过充热失控测试（电滥用触发）、硬壳/方壳电池导热系数及接触热阻参数测定（储热-释放两状态法）、GB/T 36276电池绝热温升测试、ARC针刺热失控等专业服务。了解更多项目详情，请访问 https://thermsafe.cn/services.html。