表1 所列即为软包电池制备实验所用的材料，材料纯度均满足本文研究的实验要求，所有添加剂的添加比例均为质量比。

制备软包电池的流程一般分为正负极极片制备、叠片、焊接、热压、顶侧封、注液、预封、老化、化成以及终封和分容，本文实验软包电池的制备如下 图1 所示。

为保证称量精度，选取精度为0.1 mg的电子分析天平，极片制备可以细分为称量、研磨、过滤、涂敷、烘干、辊压、模切，研磨正负极材料采用行星式真空搅拌机保证材料充分混合；过滤采用浆料过滤装置去除浆料中的大颗粒及杂质；涂敷采用加热型半自动涂敷机；烘干采用真空干燥箱使正极片上的N-甲基吡咯烷酮(NMP)及负极片上的去离子水完全蒸发；为保证极片厚度的均匀性，采用电动对辊机对烘干后的正负极极片进行辊压；模切采用半自动模切机保证极片大小一致且边缘无毛刺；叠片使用半自动叠片机将制作完成的正负极按顺序叠放，叠片完成后采用超声波焊接机将铝极耳和镍极耳焊接于正负极上；将干电芯放入铝塑膜中，在手套箱中采用多功能真空封口机进行顶侧封；干燥后再次放入进行注液与预封，采用充放电测试系统对电池进行化成激活；最终放入手套箱中进行终封，手套箱内为氩气环境并保持水氧浓度小于1 ppm，保证软包电池质量稳定。

本文设计并搭建了软包电池高温自燃实验系统主要由加热腔、电加热温控系统、采集测量系统、电池送入系统以及尾气处理系统五大部分组成，用国标4040铝合金型材搭建台架支撑主体，能够提供高达800℃的环境温度，高温自燃实验系统示意图如 图2 ，系统实物图如 图3 所示。

加热腔实物图如 图4 所示。加热腔内部尺寸为φ320 × 300 mm，内壁材质为310S不锈钢，厚度为10 mm，内壁四周安装功率为10 KW的陶瓷加热片，最高加热温度可达800℃。为了图像采集系统能够清晰地拍摄到加热腔内软包电池情况，在正面开窗并安装双层石英玻璃。为保证加热腔内保温效果，把加热腔制作为“内壁–保温层–外壁”三明治结构，在内壁外加装厚度为100 mm的含铬耐高温保温棉，并且以10 mm厚度的碳钢作为外壁。底部和侧面的开口作为燃烧结束后进气与出气口，连接风机进行排气。顶部采用气动方式对盖板进行开合。此时加热腔的整体外形尺寸为φ540 × 330mm。

为探究高温条件下软包电池电解液的燃烧特性，需提供可控及稳定的高温环境。实验系统的加热及温控系统主要包括陶瓷加热圈、两个WRNK-191铠装(K型)热电偶(精度1%)以及一个三相380 V/10 KW控制柜。陶瓷加热圈置于加热腔内壁内表面，内壁外表面通过加厚保温棉进行保温和隔热，防止热量的散失，同时有安全保护作用。K型热电偶置于加热腔上下两处，保证整个加热腔内温度的均匀性。如 图5 所示，控制柜包含空气开关、PID控制器、交流接触器、端子排及显示面板。空气开关选用DELIXI型号为DZ4-125，有控制整个加热温控系统电源及保护的作用；加热系统配有上海嘉祥仪器的M12固定螺纹K型热电偶，接于PID控制的温控器上，PID控制器将检测温度转换为电信号与设定温度信号进行比较以判定是否达到所设定的温度目标，若达到设定温度目标后将引起交流接触器断开，停止加热，若未达到设定温度将根据差值调整直至达到温度要求，实验过程中只需调节PID控制器的数字显示面板上的温度设定即可实现对加热腔温度的控制和调节；端子排具有连接和信号传输功能，热电偶、PID控制器、交流接触器及采集系统的线束在此连接传输。

图5. 控制柜实物图

数据采集及测量系统是整个实验系统最核心的系统之一，对结论提供可靠的数据支持。本文采集和测量系统主要包括图像温度采集系统、电压采集系统和图像采集系统。温度采集系统采用三根探针直径为1 mm，长100 mm，引线长度3 m的K型热电偶采集，主要对软包电池中心表面以及左右侧进行测量，同时也需对加热腔中温度进行检测，保证加热腔内部温度均匀性。热电偶连接到温度采集模块，其型号为阿尔泰DAM-3134，采集精度为0.1%，采样频率为24 Hz，采用24 V直流变压电源供电，信号通过USB转RS485接口转换器传输到电脑进行显示和保存。电压采集系统采用鳄鱼夹转U型端子线采集软包电池电压并连接到电压采集模块，其型号为阿尔泰DAM-3152，采样频率为24 Hz，同样通过24 V直流变压电源供电及USB转RS485转换器传输到电脑，电压和温度采集模块实物图如 图6 所示。图像采集系统方面，使用摄像机对软包电池高温自燃全过程进行图像记录，实验时将摄像机放于石英玻璃观察窗前约15 cm处，采用5000万像素、最高60FPS及1080P分辨率摄像头确保摄像机对电池放入至燃烧结束整个过程的记录清晰。

图6. 采集模块实物图

本文通过高温空气加热软包电池使其发生自燃，需尽可能减小电池与送料系统的接触面积以减少热传导，使电池进入加热腔后主要通过陶瓷加热片热辐射引起燃烧。送料系统实物图如 图7 ，主要包括送料吊篮、镍丝、滑轮和电动推杆。由于加热腔内温度较高，送料吊篮选取镍铬合金材质，直径为120 mm，高度为100 mm，网孔径约为15 mm，软包电池四个角固定于吊篮上且整体悬空于加热腔中，减小电池与送料吊篮的热交换。用镍丝将热电偶固定于吊篮上部并通过滑轮与电动推杆连接，电动推杆上下往复运动带动送料吊篮及热电偶送入和拉出加热腔。为保证测量和采集的准确性与便捷性，调整送料吊篮位置，确保送入电池位置位于采集系统热电偶与加热腔温度控制热电偶之间。

电解液在加热腔燃烧后会产生高温有毒气体，为保证实验安全，尾气处理系统不可或缺。尾气处理系统主要包含风机、进排气阀门、冷却水箱和活性炭环保吸附箱。在软包电池燃烧结束后，打开进排气阀门，高温有毒气体通过管道经冷却水箱降温后被高速风机吸入活性炭环保吸附箱过滤后进入尾气收集装置。在实验过程中发现，在加热腔内部温度过高时，加热腔上部与气动开合盖之间会产生一定形变影响气密性，故在加热腔上方安装集气罩和大功率风机对溢出气体进行抽吸，进入活性炭环保吸附箱过滤，如 图8 所示。

图9 为整个软包电池高温自燃的实验步骤流程图，实验过程可分为三步。

第一步：样品制备，电解液的配制需在手套箱中将EC和EMC作为有机溶剂，以3:7质量比混合，再加入LiPF6配制出1 mol/L的基础电解液，按量注入电池中。软包电池样品的制作前面已有描述。

第二步：在实验前需调节好送料网兜及各采集设备位置，调整完成后设定温度并打开加热设备，同时需将软包电池固定在送料吊篮上，为防止电池在放入前受热，在气动开合盖上方放置保温棉以减小热量影响电池。

第三步：在加热腔温度稳定后打开加热腔盖，同时控制电动推杆上升将电池吊入加热腔中调整后的位置并控制腔盖闭合，打开摄像机和数据采集软件采集温度和电压数据，实验结束后打开进出气阀与风机排出废气。