从160Ah钠电池热失控研究看绝热加速量热仪的关键价值

随着“双碳"战略深入推进，钠离子电池因其原材料资源丰富、低温性能优异、安全性相对较高等优势，正迅速成为储能与动力电池领域的研究热点。然而，热失控仍是制约其大规模应用的核心瓶颈之一。

近日，一篇发表于《储能科学与技术》的研究论文《160Ah聚阴离子型钠离子电池热失控与产气特性研究》，系统评估了大容量聚阴离子型钠电池在绝热、加热与过充条件下的热失控行为。该研究使用了 THT EV+ ARC 绝热加速量热仪，为钠离子电池热安全性评估提供了关键数据支撑。

参考文献：董鹏等人发表于《储能科学与技术》的论文《160 Ah聚阴离子型钠离子电池热失控与产气特性研究》，

研究人员利用 THT EV+ ARC 对160Ah钠电池（如图1）进行了绝热条件下的热失控测试，装置设置最高温度315℃，自产热温升速率检测阈值为 0.02℃/min，温度步长为5.0℃。实验前，使用充放电循环仪对样品电池进行充放电，使得样品电池在测试之前处于 100% 荷电状态(state of charge，SOC)。电池表面布置热电偶，用于记录实验过程中电池表面的温度变化，采用金属夹板对电池的两个大面进行固定，如图2所示：

图1 实验用电池实物图

图2 绝热加速量热仪

1. 自产热起始（Tonset = 100.94°C）

在2778.21分钟时，电池温升速率首先超过0.02°C/min。此时电压仅下降0.04V（从3.29V至3.25V），表明SEI膜开始分解，暴露出高活性负极，与电解液发生还原反应。

THT EV+ ARC 的作用：高灵敏度检测阈值可捕捉到早期微弱产热信号，这是其他量热设备难以实现的。

图3　绝热条件下电池表面温度 (a) 和 温升速率 (b) 变化情况

2. 安全阀开启（Tv = 143.07°C）

随着内部压力升高，电池安全阀打开。由于焦耳-汤姆逊效应，排出气体短暂带走热量，电池表面温度从143.07°C微降至142.09°C，自产热暂时中止。

设备响应：ARC检测到温升速率下降后，自动退出绝热模式，重新进入加热模式，直至电池再次自产热。

3. 热失控触发与最高温度（Ttr = 180.51°C, Tmax = 247.02°C）

3165.75分钟时，温度达到约180°C，电压在数十秒内从3.11V骤降至0.03V——这是内短路的明确标志。隔膜熔融导致正负极直接接触，焦耳热与电解液分解反应形成正反馈。

温升速率瞬间飙升至2855.28°C/min，并在3183.54分钟达到最高温度247.02°C。

值得注意的是：由于该电池内部有两个卷芯，热失控并非同步发生，因此温升速率曲线出现两个峰值（2855.28与2343.62°C/min）。

THT EV+ ARC 的高频数据采集能力完整记录了这一细节。

本实验中，在外部加热与过充条件下，研究者使用320L密闭压力容器+气相色谱仪分析了产气成分：

图4 (a) 不同条件下密闭容器内压力变化；(b) 电池热失控释放气体各组分体积比

加热触发（上）：

总产气93.1L，主要成分CO₂（37.97%）、H₂（31.25%）、CO（11.41%）、C₃H₆（9.38%），可燃气体占比超50%。

过充触发（下）（0.5C，过充SOC 29.94%）：

总产气107.8L，H₂占比升至43.09%，燃烧爆炸风险更高。

图5 电池失效机理示意图

THT EV+ ARC 的联动能力：

设备可与压力容器、气体采样系统联动，实现热-气-质一体化分析。

通过理想气体状态方程，结合ARC记录的精确温度与时间数据，反推产气速率与组分演化规律，进一步研究电池的失效机理。

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