在不断追求容量更高、寿命更长、充电更快的更好电池的过程中，安全至关重要。新闻中屡见电池失效引发火灾的事故，有些甚至造成了灾难性后果。电极和电解液中的分解反应会产生热量，进而加速这些反应，最终导致热失控。
测试是避免此类危险情况的根本。界定安全工作极限以及电池失效的后果至关重要。然而，没有任何单一技术能够提供确定理想工作条件所需的全部信息。
本文将讨论并比较不同的评估技术，重点介绍等温量热、环境试验箱和绝热量热。
什么是等温量热？
iso-BTC– 等温量热仪示例
量热学是研究过程中释放或吸收热量的科学。等温量热法在设定的恒定温度下分析目标过程的行为，这对于储能器件的研究尤为重要。电池在充放电过程中会与环境交换能量，其数值和行为会随电池所处温度的不同而变化。这会带来严重影响。一方面，在非最佳条件下运行可能导致充电变慢、放电时间变短，并可能影响电池寿命。
配备充放电单元的等温量热仪可监测这一过程，并测量电池的热行为，从而帮助确定理想的工作条件，以及电池在这些条件之外运行的后果。
什么是环境试验箱？
环境试验箱的工作原理与等温量热仪类似：将电池置于设定温度下并保持该温度，以表征其行为。然而，实际条件可能与测试条件不同。因此，环境试验箱及其测试其他变量的能力，是验证电池寿命的非常有用的工具。
除温度外，环境试验箱还适用于测试其他环境因素，例如相对湿度 (RH)。综合这些因素，可以准确模拟真实使用场景，从而评估失效后果并制定缓解策略。根据 EUCAR（欧洲汽车研发理事会，European Council for Automotive R&D）的标准，环境测试可将电池划分为 8 个等级之一。电池要被认为可安全用于车辆，必须属于第 4 级或更低等级。这意味着电池可能出现电解液质量损失，但不得发生破裂或爆炸。
什么是绝热量热？
与等温量热一样，绝热量热也测量热交换。但两种方法的区别在于：等温量热保持温度恒定，而绝热量热中不存在向环境的热损失。这使得对热事件进行深入表征成为可能。
等温量热和环境试验箱可以表征电池的正常运行状态，确定电池的安全工作极限，而绝热量热则更进一步。
BTC-500– 绝热量热仪示例
绝热量热有助于了解电池进入热失控时的行为以及最坏情况。通过绝热量热可获得的基本信息包括：
- 热失控开始时的温度（放热起始点）
- 热事件产生的热量
- 温升
了解电池失效的风险以及危险区开始的临界点，可以帮助科学家和工程师制定策略，首先避免达到该临界点，其次减轻此类事件的后果。这些策略可能包括使用冷却元件防止达到放热起始点，以及使用隔热材料减轻热失控的破坏性影响。
每个环节都有合适的工具
不同技术可以从不同角度揭示电池的行为。等温电池测试是一项非常强大的技术，有助于了解不同温度如何影响电池的正常功能。充放电、效率和寿命等不同过程都可能受到器件工作温度的影响。然而，温度并不是唯一影响电池效率和功能的因素，相对湿度 (RH) 等其他环境因素也会改变电池的性能。环境试验箱测试可提供基础信息，而其更高的耐受性还允许进行失效分析。这种分析对于判断发生热失控时器件的物理完整性是否会受损至关重要。EUCAR 等法规旨在保障用户安全，其要求非常严格，必须在此类设备中进行测试。最后，绝热量热非常适合确定电池进入热失控后的行为，从而深入了解放热过程的演变以及电池失效的后果。
在力求摆脱化石燃料的绿色世界中，电池需求持续增长。更高的容量、更快的充电速度和更长的寿命可能伴随着更高的风险。然而，等温量热、绝热量热和环境试验箱提供了必要的测试能力，帮助打造更安全、满足当今世界需求的储能器件。