锂电池电解液点燃速率检测方法研究*

0 引言

为满足锂电池用电解液安全性检测的需要，本文提出以玻璃长纤维束为燃烧载体，选择以电解液的点燃速率为量化参数，对两种锂电池电解液的燃烧性能进行比对研究。该方法对设备要求不高，检测过程简单易操作、测试快速，能够满足锂电池用电解液安全性检测质量监管的工作要求。

1 锂电池用电解液性质概述

电解液作为锂电池的关键组成材料之一，一直是研究者们考虑电池安全性隐患的着眼点。锂电池用电解液大多数为高活性有机易燃物，当电池产生热量速度大于散热速度时，就有可能出现安全性问题从而引发安全事故。同时，当锂电池用电解液遇到滥用情况时，电池内部电解液会在电极表面形成的固体电解质界面膜分解，导致电解液在电极材料表面分解放出大量热量致使电池温度升高，是引发电池热失控的重要诱因。电池电压升高时，贫锂态正极材料分解放热，导致电解液的进一步分解，加速电池内部热量积累，加快了电池热失控。目前，商用锂电池的电解液多为液态有机物，存在易燃和流动性强的特点。当锂电池有异常状况发生时，如挤压、跌落、重物撞击等，电池内便会发生短路，随即可能产生大电流引起火花，电解液就会被引燃。

随着锂电池用电解液生产技术不断提高，具有耐氧化性、阻燃性等性能的新型功能性电解液不断被研发出来，但是对于电解液的相关检验检测方法并未随之快速补充完善，现行的检测方法和标准缺乏对于电解液燃烧性能的检测，导致无法正确、客观、有效地评价新型电解液的安全性能，从而影响产业发展。

2 实验研究

本次对比研究提出了以玻璃长纤维束为燃烧载体，以电解液的点燃速率为量化参数，对锂电池电解液的燃烧性能进行比对实验，以期通过该实验方法的建立，可以为日后锂电池用电解液安全质量管控、提升产品安全性能提供有效的技术支撑。

2.1 主要测试仪器与试剂

本实验测试仪器包括水平/垂直燃烧测试仪(FTT/UL94)、电子天平（SQP/QUINTIX224-1CN，Sartorious）及玻璃纤维束（总长20cm，直径0.5cm）。主要实验试剂包括高电压钴酸锂电池用电解液（水含量＜10 ppm）；三元高电压动力电池电解液（水含量＜10 ppm）。

2.2 点燃速率的测定步骤

实验首先称取一定质量的锂电池电解液，采用彻底烘干的玻璃纤维束为燃烧载体，将玻璃纤维束浸没在电解液中，将吸附有电解液的玻璃纤维束的一端提起，直至无电解液滴落。其后，再次称量电解液的质量，计算后得出玻璃纤维束上所吸附的电解液的质量。将吸附有电解液的玻璃纤维束置于水平/垂直燃烧测试仪中，玻璃纤维两端水平放置并固定，水平/垂直燃烧测试仪的仓体内部无空气对流，确保燃烧实验的顺利进行。将玻璃纤维束的任一端点燃，记录火焰从一端烧到另一端的时间，代入公式（1）计算单位质量电解液的点燃速率（v）。

式中：

为单位重量电解液的点燃速率/（cm / s.g）；

为从一端烧到另一端的时间/s；

为燃烧长度/cm；

为玻璃纤维吸取的电解液的重量/g。

2.3 实验过程与结果

根据以上实验步骤，以高电压钴酸锂电池用电解液和三元高电压动力电池电解液两款商用电解液为研究对象，分别记之为#1和#2。将分别吸附有上述两款电解液的玻璃纤维束置于无空气对流环境的水平/垂直燃烧测试仪中，两端用铁架台固定住，并保持水平（如图1（a）所示），用酒精灯将玻璃纤维束的右端点燃（如图1（b）所示），两款电解液的燃烧情况（如图1（c）（d）所示）。当燃烧火焰从右端烧到左端时（如图1（e）（f）），记录时间以及有效燃烧长度代入式（1），计算单位重量电解液的点燃速率。

经过5次测试，#1样品的单位重量电解液的点燃速率分别为0.625cm/s.g、0.623cm/s.g、0.629cm/s.g、0.631cm/s.g、0.624cm/s.g；#1样品的5次测试结果的相对标准偏差为0.55%，平均值为0.626cm/s.g。#2样品的单位重量电解液测试得出的点燃速率分别为0.453cm/s.g、0.447cm/s.g、0.453cm/s.g、0.453cm/s.g、0.455cm/s.g；#2样品的5次测试结果的相对标准偏差为0.67%，平均值为0.452cm/s.g。两种电解液的单位重量的点燃速率测试相对标准偏差都小于1%，表明本研究中提出的方法重复性较好。

单位重量电解液的点燃速率越大，表示电解液越容易被点燃，相应的安全性也越低。通过对比可见，与#1电解液相比，#2电解液的燃烧安全性更好。可见，本文中提出的测定锂电池电解液点燃速率的方法能有效比较不同类型电解液的燃烧安全性能，从而有利于相关技术研发人员展开电池用电解液安全性能评估预测以及新型电解液产品开发。

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