ARC测试全称为绝热加速量热仪(Accelerating Rate Calorimeter)测试,是一种用于评估物质热分解特性及危险性的典型热分析技术,在锂离子电池安全评估中发挥着重要作用。通过ARC测试,可以定量评估电池的热稳定性能,深入研究电池的热失控机理,为提高电池的安全性能提供有力支持。
一、ARC测试基本原理
ARC测试通过精确的温度跟踪,避免被测样品与环境的热量交换,从而提供一个近似绝热的环境。在这种环境中,通过对被测样品的放热行为进行测试分析,模拟电池内部热量不能及时散失时放热反应过程的热特性,使反应更接近于真实反应过程。
二、ARC测试类型
1. 比热容测试:比热容测试能够为每一款电池建立一个平均的比热容值,这个物理参数随温度的变化而变化,数据能够将温度变化转换成热量的变化。在进行热反应测试前需要比热容,以便在电池分解反应或循环过程中得出热功率值。
2. 绝热热失控测试:绝热热失控测试是一种模拟电池热失控的实验,通过模拟电池在过充、短路等异常情况下的发热和燃烧行为,评估电池的热安全性能。
3. 绝热温升测试:绝热温升测试是一种用于评估电池在无法散热条件下的热安全性的重要试验,通过模拟电池在极端条件下的热行为,评估电池的热安全性,并获取关键的热特性参数。
4. 产热功率测试:产热功率测试利用等温量热仪和绝热量热仪有效测定电池充放电产热。两种方法测定的热功率变化趋势具有较好的一致性,但由于两者对电池的控温方式不同,产热量结果存在差异性。
三、ARC测试基本流程
ARC测试通常遵循“加热(heat)-等待(wait)-搜寻(seek)”模式(简称H-W-S模式)进行。
加热阶段:ARC从起始温度开始对样品进行加热,每次温度升高一个预设的步阶。
等待阶段:当温度升高一个步阶后,系统转入等待模式,使样品、样品容器和量热腔三者达到热平衡,以便更精确地搜寻样品的自放热反应。
搜寻阶段:等待过程结束后,系统自动进入搜寻模式,对样品的温升速率进行探测。如果搜寻到样品的升温速率超过预设的灵敏度(通常为0.02 ℃/min),则判定样品出现自放热,并进入绝热模式。
在绝热模式下,ARC将保持量热仪的温度与样品温度同步,避免样品热散失,追踪样品的放热反应。此时,样品温度的升降仅与其自身的反应有关。
三、ARC测试设备
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