硅胶在锂电池组安全方面的应用与探索

张敏

（ 上海电动工具研究所（集团）有限公司，上海电动工具工程技术研究中心 上海 200233 ）

硅胶在锂电池组安全方面的应用与探索

张敏

（ 上海电动工具研究所（集团）有限公司，上海电动工具工程技术研究中心 上海 200233 ）

基于对锂电池组灌封液态硅胶前后的系列充放电测试试验，分析比对温度、电压、电流等试验数据的差异性，研究讨论其在锂电池组风险防范中的积极预防作用。

锂离子、锂电池组、新能源、硅胶、BMS、风险防范

0 引言

随着电子、信息及通讯等3C产品日趋无绳化，锂电池在手机、笔记本电脑以及电动工具等应用领域得到迅猛发展，成为其最佳的动力来源。在储能技术方面，由于锂电池的能量密度高，低温充放电性能明显优于铅酸电池且价格进一步下降，逐步向电动自行车、电动汽车等代步工具领域拓展，锂电池组的用途越来越广，相关产业也进入快速成长阶段。本文通过对锂电池组灌封液态硅胶前后的充放电测试，讨论并研究灌封液态硅胶在锂电池安全风险上的积极预防作用。

1 概述

锂电池能量密度高，这是其优势所在，同时也是危险所在。随着制造工艺和原材料升级，锂电池的安全性要求越来越高。使用中，过放电和过充电都会引起电池循环次数降低甚至是永久性损坏，针对应用于电动工具的锂电池，被大量串、并联以获得更高电压和更多放电电流的电池组就更需要实施安全保护，以避免在使用中发生的危险。

硅胶具有防火阻燃的作用，在锂电池组内灌入液态硅胶，当发生撞击危险时，硅胶绝缘能阻止短路的发生。另外，因其具有阻燃作用，可阻止爆炸发生，尽最大可能控制危险事态的不断扩大。

2 硅胶特性

本文中使用的硅胶为导热硅酮灌封胶，无气味，其为加成型双组分硅橡胶，可室温固化、加热快速固化。

2.1 优点

1）固化前流动性好，操作时间适中，具有

自脱泡性；

2）优异的耐高、低温性能，完全固化后可在-40℃～+180℃长期保持弹性；

3）优异的电气绝缘性能，耐电弧电晕及抗冲击，能对电子元器件进行长期有效的保护；4）良好的耐水、耐臭氧、耐气候老化性能；5）导热性能优异，可保证电子元器件有效散热；

6）燃爆特性：阻燃，防爆。

2.2 方法

将A胶和B胶按1：1比例混合，搅拌均匀后，灌入模组治具内，使胶体全部灌满锂电池空隙中。常温4 h固化后照片如下（见图1）。

图1 充胶固化后锂电池组被硅胶全部包裹

3 测试方法

通过锂电池组在充胶前后的充放电温度测试数据来研究灌硅胶对锂电池温度的影响。

3.1 充胶前

图2 锂电池组测试

在15串55并的锂电池组布施28根温度线（见图2）；每串电芯的电压接有电压侦测线，共15根；最后接总电压和总电流线。将模组置入密封箱体内进行测试。箱内放置温度侦测线，箱外放置环境温度线。

3.1.1 0.5 C放电0.3 C充电测试

按0.3 C将模组充满，静置12 h进行温度侦测。

步骤：0.5 C放电至每串3 V，静置30 min；0.3 C充电至每串4.15 V，静置10 min。

图3为各测试点的温度曲线，最高温度为中央电芯21号44.57℃。

图4为每串电芯的电压及总电压电流曲线，放电最大动态串电压差为172 mV。

3.1.2 1 C放电0.3 C充电测试

步骤：1 C放电至每串3 V，静置30 min；0.3 C充电至每串4.15 V，静置10 min.

图5为各测试点的温度曲线，最高温度为中央电芯21号53.90℃。

图6为每串电芯的电压及总电压电流曲线，放电最大动态串电压差为192 mV。

3.2 充胶后

将A胶和B胶按1：1比例混合，搅拌均匀后，灌入模组治具内，使胶全部灌满锂电池空隙中。

3.2.1 0.5 C放电0.3 C充电测试

将模组灌入硅胶固化后进行充放电测试。步骤：0.5 C放电至每串3 V，静置30 min；0.3 C充电至每串4.15 V，静置10 min。图7为各测试点的温度曲线，最高温度为中央电芯21号37.77℃。

图8为每串电芯的电压及总电压电流曲线，最大放电动态串电压差为159 mV。

3.2.2 充胶后1 C放电0.3 C充电测试

步骤：1 C放电至每串3 V，静置30 min；0.3 C充电至每串4.15 V，静置10 min。

图9为各测试点的温度曲线，最高温度为中央电芯21号44.04℃。

图10为每串电芯的电压及总电压电流曲线，放电最大动态串电压差为150 mV。

4 分析

从充胶后充放电温度曲线中可以看出小模组与小模组之间的传热更均匀，且得到较好的填充间隙，即便其中一个着火，受导热灌封胶阻燃特性阻滞，风险不会扩大。

图11和图12为相同测试方法取得的充胶前后各个测试点温度比对差异，可见充胶后温度较均匀，总体温度呈下降态势。

图3 0.5C放电0.3C充电温度曲线

图4 0.5 C放电0.3 C充电电压电流曲线

图5 1 C放电0.3 C充电温度曲线

图6 1 C放电0.3 C充电电压电流曲线

图7 0.5 C放电0.3 C充电（充胶）温度曲线

图8 0.5 C放电0.3 C充电（充胶）电压电流曲线

图9 1 C放电0.3 C充电（充胶）温度曲线

图10 1 C放电0.3 C充电（充胶）电压电流曲线

图11 0.5 C放电0.3 C充电温升比对

图12 1 C放电0.3 C充电温升比对

总结各测试条件下的温度对比见表1。充胶与不充胶之间的温升差异较大，0.5 C放电充胶后最大温差相距3.84℃，1 C放电充胶后最大温差相距7.66℃。由此可见，充胶有效缓解局部温度上升过快现象，散热效果明显优于不充胶电池组。

从电压电流曲线上可见充胶后动态串电压相应减少，充胶后0.5 C放电时最大动态电压差减少13 mV，1 C放电时最大动态电压差减少42 mV。

表1 温度对比

5 结语

目前，受成本约束，硅胶尚未普遍应用于锂电池模组中，随着业界不断重视以及灌封液态硅胶在防止锂电池安全事故中起到的积极预防作用，其相关应用的实际价值将日趋显现。

[1]芦泉，李海英.直流工具中的锂电保护及其相关技术分析[J].电动工具，2014(6).

The Application and Research of Silica Gel in the Safety of Lithium Battery

Zhang Min

SETRI (Group) Co., Ltd. Shanghai Electric Tools Engineering Center, Shanghai, 200233, China

Based on a series of charge and dischargeteststolithium battery encapsulated with liquid silica gel, this paper analyses differences in temperature, voltage and current and discussesits positive role in the risk prevention for lithium batteries.

Lithium-ion; Lithium Battery; New Energy; Silica Gel; BMS; Risk Prevention

TM910.6

A

1674-2796（2016）05-0010-06

2016-08-10

张敏（1979—），男，大学本科，主要从事锂电池制造，测试及研发等相关工作。