1T/JXASXXXX—2025鈉離子電池?zé)崾Э卦囼?yàn)方法本文件規(guī)定了鈉離子電池?zé)崾Э販y試的術(shù)語和定義、原理、設(shè)備、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)步驟、結(jié)果計(jì)算及測試報(bào)告。本文件適用于鈉離子電池單體或模組。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB38031-2025電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求GB/T16839.1-2018熱電偶第1部分：電動(dòng)勢規(guī)范和允差GB/T36276-2023電力儲(chǔ)能用鋰離子電池GB/T44265電力儲(chǔ)能電站鈉離子電池技術(shù)規(guī)范DL/T2528-2022電力儲(chǔ)能基本術(shù)語3術(shù)語和定義GB38031、DL/T2528-2022、GB/T44265界定的術(shù)語和定義適用于本文件。3.1荷電狀態(tài)state-of-charge當(dāng)前電池單體或模組按照規(guī)定的放電條件可以釋放的容量占實(shí)際容量的百分比。3.2健康狀態(tài)state-of-heath當(dāng)前電池單體或模組按照規(guī)定放電條件可以釋放的容量占額定容量的百分比。3.3絕熱加速量熱儀adiabatic-acceleratingratecalorimeter一種用于評(píng)估化學(xué)物質(zhì)熱安全性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的設(shè)備。3.4防爆氣體收集系統(tǒng)explosion-proofgascollectionsystem一種用于收集易燃、易爆氣體且具有防爆性能的設(shè)備。3.5熱電偶thermocouple由一對(duì)不同材料的導(dǎo)體構(gòu)成,其一端相互連接,利用熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)溫度測量的一種溫度檢測器。[來源：GB/T16839.1-2018，2.3]3.6熱失控起始溫度initialtemperatureofthermalrunawayT/JXASXXXX—20252電池在特定條件下開始出現(xiàn)自放熱反應(yīng)的溫度。3.7熱失控觸發(fā)溫度thermalrunawaytriggeringtemperature電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)從緩慢的自產(chǎn)熱階段迅速進(jìn)入不可控的快速反應(yīng)階段的溫度。3.8熱失控最高溫度maximumtemperatureofthermalrunaway電池?zé)崾Э剡^程中達(dá)到的最高溫度值。3.9燃燒產(chǎn)物combustionproduct電池發(fā)生熱失控時(shí)伴隨的所有氣體、細(xì)?；驊腋∥⒘?。3.10絕熱溫升adiabatictemperatureriset電池單體在絕熱環(huán)境條件下,由其內(nèi)部產(chǎn)生或從其外部吸收的熱量使電池單體表面溫度升高的現(xiàn)象。4符號(hào)和縮略語4.1符號(hào)下列符號(hào)適用于本文件。1：1h率放電電流（A），其數(shù)值等于額定容量值。3：3h率放電電流（A），其數(shù)值等于額定容量值的1/3。T1：熱失控起始溫度。T2：熱失控觸發(fā)溫度。T3：熱失控最高溫度。4.2縮略語下列縮略語適用于本文件ARC：絕熱加速量熱儀（Adiabatic-acceleratingratecalorimeter）SOC：荷電狀態(tài)（StateofCharge）SOH：健康狀態(tài)（StateofHealth）FS：滿量程（FullScale）5原理通過模擬裝置對(duì)電池施加機(jī)械濫用（如擠壓、穿刺）、電濫用（如過充、短路）及熱濫用（如高溫環(huán)境、外部加熱）等典型失效工況，誘導(dǎo)電池內(nèi)部發(fā)生劇烈放熱反應(yīng)，導(dǎo)致溫度持續(xù)升高并觸發(fā)起火、爆炸等熱失控行為。測試過程中，通過監(jiān)測和分析溫度變化曲線、電壓變化曲線、腔內(nèi)壓力值、氣體釋放速率、燃燒產(chǎn)物成分及爆炸極限等關(guān)鍵參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)鈉離子電池?zé)岚踩阅艿南到y(tǒng)評(píng)估。6試驗(yàn)條件6.1環(huán)境要求除非另有規(guī)定，試驗(yàn)環(huán)境溫度為22℃±5℃,相對(duì)濕度為10%～90%，大氣壓強(qiáng)為86kPa~106kPa的環(huán)境中進(jìn)行。T/JXASXXXX—202536.2測量設(shè)備、儀器準(zhǔn)確度6.2.1測量設(shè)備本文件的測量設(shè)備主要包括絕熱加速量熱儀、防爆氣體收集裝置、數(shù)據(jù)采集儀器及熱電偶。6.2.2儀器精準(zhǔn)度測試設(shè)備、儀器精準(zhǔn)度應(yīng)不低于以下要求：a）電壓測量裝置：±0.5%FS；b）電流測量裝置：±0.5%FS；c）溫度測量裝置：±1℃;d）濕度測量裝置：±0.5%（相對(duì)濕度）；e）時(shí)間測量裝置：±1s；f）壓力測量裝置：±1%FS；g）尺寸測量要求：±1%FS；h）質(zhì)量測量裝置：±1%FS。6.3測試過程的誤差控制值(實(shí)際值)與目標(biāo)值之間的誤差要求如下：d）時(shí)間：±0.1s。6.4數(shù)據(jù)記錄與間隔除另有規(guī)定外,測試數(shù)據(jù)(如電壓、電流、溫度、時(shí)間等)的記錄間隔應(yīng)不大于1s。6.5熱失控觸發(fā)判定條件：a）觸發(fā)對(duì)象產(chǎn)生電壓降,且下降值超過初始電壓的25%；b）監(jiān)測點(diǎn)溫度達(dá)到制造商規(guī)定的最高工作溫度；c）監(jiān)測點(diǎn)的溫升速率dT/dt>1℃/s，且持續(xù)3s以上。當(dāng)a）和c）或者b）和c）發(fā)生時(shí),判定發(fā)生熱失控。6.6調(diào)整SOC值至試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值n%的方法按照制造商提供的充電方式將電池單體或電池模組充滿電，靜置1h后，以1I3恒流放電，放電時(shí)間為t，t按照公式（1）計(jì)算得到，或者按照制造商提供的方法調(diào)整SOC。每次SOC調(diào)整后，在新的測試開始前實(shí)驗(yàn)對(duì)象應(yīng)靜置30min。式中：t——放電時(shí)間，單位為小時(shí)（h）；n——試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值的百分?jǐn)?shù)值。6.7調(diào)整SOH值至試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值n%的方法明確電池的標(biāo)稱容量Crated（該值由制造商提供），通過公式（2）計(jì)算目標(biāo)SOH下的截止容量Cn，按照制造商提供的充放電方式對(duì)電池進(jìn)行充放電循環(huán)，直到電池容量調(diào)整至Cn，此時(shí)電池SOH=n%。式中：cn——截止容量，單位為安時(shí)（Ah）；T/JXASXXXX—20254cnom——標(biāo)稱容量，單位為安時(shí)（Ah）。7試驗(yàn)準(zhǔn)備7.1電池充電準(zhǔn)備以制造商規(guī)定且不小于1I3的電流放電至制造商技術(shù)條件中規(guī)定的放電終止電壓,靜置1h(或制造商提供的不大于1h的靜置時(shí)間),然后按制造商提供的充電方法進(jìn)行充電,充電后靜置1h(或制造商提供的不大于1h的靜置時(shí)間)。若制造商未提供充電方法,則由檢測機(jī)構(gòu)和制造商協(xié)商確定合適的充電方法,或依據(jù)以下方法充電：以制造商規(guī)定且不小于1I3的電流恒流充電至制造商技術(shù)條件中規(guī)定的充電終止電壓時(shí)轉(zhuǎn)恒壓充電,至充電電流降至0.05I1時(shí)停止充電,充電后靜置1h(或制造商提供的不大于1h的靜置時(shí)間)。7.2預(yù)處理正式測試開始前,電池應(yīng)先進(jìn)行預(yù)處理循環(huán)。步驟如下:a）按照7.1.1對(duì)電池進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)充電；b）以制造商規(guī)定的且不小于1I3的電流放電至制造商規(guī)定的放電終止條件；c)靜置1h(或制造商提供的不大于1h的靜置時(shí)間)；d）重復(fù)步驟a)~c)不超過5次。如果電池連續(xù)3次的放電容量極差小于額定容量的3%,則認(rèn)為電池完成了預(yù)處理,預(yù)處理循環(huán)可終止,取最后3次試驗(yàn)結(jié)果平均值作為實(shí)際容量。7.3熱電偶布置7.3.1熱電偶類型熱電偶類型選擇薄片熱電偶或K型熱電偶。7.3.2熱電偶布置步驟熱電偶的布置方式如下：a）將熱電偶布置于上述電池表面特定位置時(shí)，先使用高溫膠粘貼于該位置，將熱電偶放置該位置后，再粘貼一層高溫膠，保證熱電偶穩(wěn)固、不脫落。熱電偶與加熱件不宜重合，防止熱電偶測量溫度不b）熱電偶的布置方式也可按照制造商的方式進(jìn)行，將熱電偶布置在兩卷繞極芯中間或者疊片極芯7.4加熱方式7.4.1外部加熱7.4.1.1加熱套筒加熱可以根據(jù)電池尺寸定制加熱套對(duì)電池進(jìn)行加熱，加熱套的直徑和高度不宜超過電池各向尺寸的1mm，根據(jù)熱電偶布置要求開設(shè)孔，孔徑宜設(shè)置在直徑為10mm，或者將熱電偶布置于正負(fù)極兩側(cè)，則不用開設(shè)放置熱電偶的孔。加熱套筒的使用也可以根據(jù)制造商的規(guī)定進(jìn)行。7.4.1.2加熱絲表面纏繞加熱將加熱絲纏繞在電池表面進(jìn)行加熱時(shí)，加熱絲之間的距離宜間隔5mm，并用鋁帶進(jìn)行固定，防止加熱絲脫落及對(duì)電池加熱不均勻。加熱絲可以纏繞在電池的上方、中間或者下方，也可以對(duì)電池表面全部包圍加熱，應(yīng)采用圖1方式進(jìn)行纏繞。加熱絲表面纏繞加熱的布局也可以根據(jù)制造商的要求進(jìn)行。T/JXASXXXX—20255圖1電池的加熱絲布置示意圖7.4.1.3加熱薄片單側(cè)加熱將加熱薄片置于電池單側(cè)進(jìn)行加熱時(shí)，應(yīng)將加熱薄片與電池一側(cè)緊緊貼合，加熱片四角使用鋁箔進(jìn)行固定，加熱薄片另外一側(cè)應(yīng)放置隔熱材料，避免熱源擴(kuò)散。7.4.1.4置于可控溫的溫箱內(nèi)加熱將電池放置在可控溫的溫箱內(nèi)進(jìn)行加熱時(shí)，應(yīng)注意在接近溫箱底部放置隔熱面板，防止熱量流失，將電池放置在箱體中心位置后，設(shè)置一定的升溫速率對(duì)電池進(jìn)行緩慢、持續(xù)和充分地加熱。7.4.2內(nèi)部加熱內(nèi)部加熱方式根據(jù)制造商規(guī)定的方法進(jìn)行，或滿足GB38031C.5.3.6的要求。7.5加熱部件選擇電池?zé)崾Э卦囼?yàn)加熱部件要求宜按表1進(jìn)行。表1電池?zé)崾Э卦囼?yàn)加熱片要求E＜505≤E＜100400≤E＜800800≤E＜1000E＞1000>10008試驗(yàn)步驟8.1安裝步驟8.1.1防爆氣體收集系統(tǒng)對(duì)于防爆氣體收集系統(tǒng)，按照以下步驟進(jìn)行測試準(zhǔn)備：a）在待測電池表面準(zhǔn)備貼熱電偶的位置粘貼一層高溫膠，然后將熱電偶放置在高溫膠上，再用一層高溫膠進(jìn)行固定；b）將待測電池放置于防爆氣體收集系統(tǒng)的絕熱板上，將電壓線與其正負(fù)極進(jìn)行連接，將熱電偶與電壓線連接到數(shù)據(jù)采集儀器，打開數(shù)據(jù)采集儀器，觀察并記錄此時(shí)的電壓和溫度；T/JXASXXXX—20256c）將加熱線纏繞或加熱套件套在待測電池上，加熱線的另一端連接插頭，插頭與線路之間放置空開，避免電流過大造成其他線路跳閘，插頭插入裝有控制開關(guān)的插座，通過控制開關(guān)對(duì)加熱片進(jìn)行加熱；d）線路連接好后，關(guān)閉密封系統(tǒng)門，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，然后再通入氮?dú)?，重?fù)3次，確保系統(tǒng)內(nèi)空氣含量小于0.5%，保持系統(tǒng)內(nèi)的氣壓在合適的范圍內(nèi)，該氣壓的調(diào)整與電池產(chǎn)生的氣體量相關(guān)，通常1Ah電池產(chǎn)氣量為5～20mol左右，根據(jù)理想氣體方程（式3）計(jì)算出電池?zé)崾Э睾蟮漠a(chǎn)氣量。式中：P為系統(tǒng)的壓強(qiáng)（kPa）；V為系統(tǒng)的體積（V）；n為物質(zhì)的量（mol）；R為氣體常數(shù)（J/(mol.K)）；T為溫度（K）。e)連接好線路后，開啟控制開關(guān)上的按鈕，進(jìn)行加熱。詳細(xì)的計(jì)算方法見資料性附錄A。注1：在試驗(yàn)開始前，應(yīng)排除電池等部件后系統(tǒng)內(nèi)部的凈體積。注2：初始?jí)簭?qiáng)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)體積和電池爆炸后產(chǎn)氣的最大體積設(shè)置。8.1.2絕熱加速量熱儀對(duì)于絕熱加速量熱儀，整體是由保護(hù)箱和爐體組成，爐體包含加熱器和溫度器，通過“加熱（Heat）-等待（Wait）-搜尋(Seek)”模式進(jìn)行臺(tái)階式加熱，控制爐體與測試對(duì)象保持統(tǒng)一溫度從而模擬絕熱環(huán)境完成測試。8.1.2.1內(nèi)部需布線按照以下步驟進(jìn)行測試準(zhǔn)備：a）在進(jìn)行待測電池?zé)崾Э販y試前，需先進(jìn)行校準(zhǔn)。采用標(biāo)準(zhǔn)鋁合金（質(zhì)量比熱容為0.896J/(g.k)）對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，先稱取鋁合金的質(zhì)量，然后用即將用在待測電池的相同規(guī)格的加熱片（記錄功率）放置在標(biāo)準(zhǔn)鋁合金上，將加熱絲和熱電偶布置在鋁塊表面，用鋁箔膠帶進(jìn)行固定，然后進(jìn)行比熱容測試。根據(jù)公式4計(jì)算出鋁塊的標(biāo)準(zhǔn)比熱容，然后再計(jì)算出儀器校準(zhǔn)系數(shù)k；b）將加熱線布置在待測電池上，然后用鋁箔膠帶進(jìn)行固定。利用高溫膠將熱電偶固定于待測電池的中心或特定位置。隨后將待測電池放置在絕熱加速量熱儀支架中心，支架四角應(yīng)用絕熱棉進(jìn)行隔離?；蛘邔悠窇覓煸谏仙w上進(jìn)行，懸掛的位置應(yīng)處于腔體中心，且與鋁標(biāo)定時(shí)的位置保持一致。懸掛可以使用鋼絲繩或玻纖膠帶連接，但要求樣品測試時(shí)，垂直位置變化小于5mm，建議預(yù)裁剪較多的鋼絲繩或直接沿用標(biāo)定的鋼絲繩；c）將電壓線、熱電偶的連接線與數(shù)據(jù)采集器連接，關(guān)閉腔體，進(jìn)行程序設(shè)置。8.1.2.2內(nèi)部無需布線對(duì)于通過直接通過腔體對(duì)電池進(jìn)行加熱的絕熱加速量熱儀，進(jìn)行8.1.2.1的a）步驟后，將電池放置在腔體內(nèi)指定的位置，連接測試線路，關(guān)閉腔體，進(jìn)行程序設(shè)置。8.2參數(shù)設(shè)置8.2.1防爆氣體收集系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置防爆氣體收集系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置如下：a）表面加熱速率應(yīng)設(shè)置為4℃/min～7℃/min加熱；b）冷卻方式：自然冷卻。8.2.2絕熱加速量熱儀的參數(shù)設(shè)置T/JXASXXXX—20257絕熱加速量熱儀參數(shù)設(shè)置見表2。表2電化學(xué)儲(chǔ)能用電池?zé)崾Э氐慕^熱加速量熱儀參數(shù)設(shè)置不同電池容量下絕熱加速量熱儀的建議等待時(shí)間設(shè)置見表3。表3不同電池容量下絕熱加速量熱儀的建議等待時(shí)間8.3測試步驟8.3.1防爆氣體收集系統(tǒng)的測試步驟防爆氣體收集系統(tǒng)的測試步驟如下：a）所有線路連接好后，利用插座上的開關(guān)開啟加熱，對(duì)被測電池進(jìn)行加熱，觀察數(shù)據(jù)采集儀器上的熱電偶溫度和電池兩端的電壓，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)觀察系統(tǒng)內(nèi)電池的情況和系統(tǒng)的壓強(qiáng)變化情況；b）電池以4℃/min～7℃/min加熱，當(dāng)數(shù)據(jù)采集儀器上的兩端電壓發(fā)生突然壓降超過初始電壓的25%或電池冒煙、起火爆炸時(shí)停止加熱；c）觀察數(shù)據(jù)采集儀器的溫度到室溫時(shí)，可用單閥鋁袋進(jìn)行氣體收集。8.3.2絕熱加速量熱儀的測試步驟絕熱加速量熱儀的測試步驟如下：a）量熱儀腔體開啟加熱模式，對(duì)被測電池單體進(jìn)行加熱，直到被測電池單體上的主熱電偶溫度達(dá)到設(shè)定的初始溫度40℃;b）按照表2設(shè)置的臺(tái)階溫度整體溫升一個(gè)溫度臺(tái)階5℃,按照設(shè)置的時(shí)間等待電池溫度平衡到目標(biāo)溫度；c）在搜尋時(shí)間10min內(nèi)，ARC自動(dòng)計(jì)算被測電池單體的溫升速率，若被測電池單體在10min內(nèi)的平均自產(chǎn)熱溫升速率不大于0.02℃/min，則進(jìn)入臺(tái)階加熱模式；T/JXASXXXX—20258d）在臺(tái)階加熱模式中，腔體整體升溫一個(gè)溫度臺(tái)階5℃,并重復(fù)b）和c）步驟，直到被測電池單體在搜尋時(shí)間10min內(nèi)的平均自產(chǎn)熱溫升速率大于0.02℃/min，此時(shí)電池單體進(jìn)入自產(chǎn)熱階段，量熱腔體進(jìn)入絕熱追蹤階段；e）可用單閥鋁袋收集此時(shí)的氣體G1；f）絕熱追蹤階段，量熱腔對(duì)電池單體的溫度進(jìn)行絕熱追蹤，直到主熱電偶溫度大于300℃,然后開啟冷卻階段；g）在冷卻階段，加熱腔停止加熱，開啟ARC內(nèi)的冷卻系統(tǒng)對(duì)腔體進(jìn)行降溫。h）可用單閥鋁袋收集測試的氣體G2。9結(jié)果計(jì)算獲取電池的熱失控特征溫度點(diǎn)T1、T2和T3，系統(tǒng)的初始?jí)簭?qiáng)、最大壓強(qiáng)、達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)后的壓強(qiáng)、初始溫度、最大壓強(qiáng)對(duì)應(yīng)的溫度、穩(wěn)定狀態(tài)的溫度、初始體積、產(chǎn)氣氣體、總產(chǎn)熱量等。在特征溫度達(dá)到前，若存在一個(gè)搜尋階段或者多個(gè)搜尋階段，應(yīng)根據(jù)最后一個(gè)搜尋階段測得的電池內(nèi)部的溫度來確定該特征溫度。通過數(shù)據(jù)采集儀器獲取的電壓、溫度數(shù)據(jù)判定T1、T2和T3，當(dāng)測試溫升速度達(dá)0.02℃/min時(shí)，則判定電池進(jìn)入自加熱狀態(tài)，當(dāng)電池溫升速度達(dá)到1℃/s時(shí)，則電池進(jìn)入T2，為熱失控起始溫度。T1發(fā)生的時(shí)間越久代表該電池?zé)岱€(wěn)定性越強(qiáng)，也表明該電池的安全性越高。提取溫度、電壓和時(shí)間的數(shù)據(jù)，繪制電池?zé)崾Э販囟?時(shí)間曲線圖及電壓-時(shí)間曲線圖。數(shù)據(jù)記錄的表格如表4所示。表4電池?zé)崾Э財(cái)?shù)據(jù)表1…n電池產(chǎn)生的氣體通過鋁袋進(jìn)行收集，采用氣相色譜儀進(jìn)行氣體成分分析。記錄壓強(qiáng)的變化后可通過理想氣體方程（公式3）計(jì)算氣體的產(chǎn)氣總量。電池產(chǎn)熱量可根據(jù)公式5和公式6進(jìn)行計(jì)算。式中：Q——放熱量，單位為焦耳（J）；k——修正系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)值為0.9；Cp——極芯比熱容，單位為焦耳每千克開爾文（J/（kg·K)）；M——極芯質(zhì)量，單位為千克（kgΔT——溫升，單位為攝氏度(℃)