锰酸锂电池热失控特性研究

以方形锰酸锂电池为研究对象,利用ARC绝热量热仪研究电池热失控温度,通过跟踪搜索获得锰酸锂电池热失控温度为211.16℃。通过加热和过充不同触发方式诱发电池热失控。在加热触发热失控时,电池热失控后仅会多次喷射白色烟雾,无明火,电池表面最高温度411.5℃;在过充触发热失控时,电池本体鼓胀程度明显,爆喷后立即喷射剧烈火焰,持续一定时间后达到稳定燃烧,最后明火燃烧减弱直至熄灭,电池表面最高温度155.7℃。实验过程中采集电池正负极极耳及表面的温度,电池极耳及表面的温度大于80℃,温升速率大于1℃/s且持续3 s以上时,证明电池已发生了热失控,可以以上述参量作为电池热失控的判定依据。     

钛酸锂电池模组热失控扩展抑制技术研究

以20 Ah 方形钛酸锂电池为研究对象,研究过充工况下电池单体的热失控特性,获取钛酸锂电池在100%SOC 工况下的温度、电压及气体成分和含量的变化规律及参数。实验证明,钛酸锂电池热失控后喷射火焰的程度比较剧烈。为有效抑制电池热失控在模组内的扩展,提出了使用全氟己酮抑制剂在电池爆喷前对使用空间进行惰化的解决思路。通过实体实验,验证了提前释放抑制剂可以有效抑制电池模组的热失控扩展,并获取了抑制剂释放时机、惰化浓度等关键技术参数。     

圆柱形锂电池热失控灾害行为与烟气特性研究

为研究圆柱型锂电池在不同热失控方式下所产生灾害行为及烟气组分等灾害特性参数,通过动压变温舱与 9705 热释放及烟气测试平台,以电加热触发 18650 型锂离子电池热失控反应,采集热失控过程行为特征、烟气组分与密度等参数,研究喷燃、抛燃、爆燃及炸裂等热失控行为下的灾害参数特性。研究表明,喷燃形式下烟气中碳氢化合物、CO 等易燃气体含量最高且烟雾密度较大;抛燃和爆燃形式下热释放速率较大高温危险性较高,但烟气密度及 CO、CnHx 等可燃气体含量相对较低;炸裂最为剧烈危险。     

阻燃绝缘油防止18650型锂离子电池热失控研究

为研究锂电池在风冷及液冷热管理形式下发生热失控分灾害特性,分别于大气和阻燃绝缘油环境下对荷电量为100%的18650型锂离子电池发生热失控过程中的现象、温度、电阻电压等特性参数进行对比研究。阻燃绝缘油环境实验使用加热圈模拟外界热源加热电池一端,将电池非加热端部分浸于阻燃绝缘油中。结果表明:在阻燃绝缘油环境下,电池始终未出现火焰,初爆阶段先于燃爆阶段;而在大气环境下,两个阶段几乎是同时出现的;在大气环境下,电池发生局部短路,电压降至1.17 V左右,而在阻燃绝缘油环境下电压直接降至近0 V。     

18650型锂离子电池热失控火灾扩展触发条件研究

针对锂离子电池热失控导致的火灾事故,通过开放及半封闭相对绝热环境下单电池热失控触发实验和开放环境下双电池热失控触发实验,研究紧密排布的7节18650型锂离子电池热失控火灾扩展的关键触发条件。结果表明:紧密排列的多节电池热失控火灾从触发到发生电池间的扩展蔓延存在某一关键临界能量,而环境因素会对热失控火灾的扩展蔓延难易程度产生重要影响,其本质是不同环境下产热和散热条件差异造成的热量蓄积。     

锂离子电池热失控气体燃爆特征实验研究

为研究储能电站电池单元的火灾危险性,针对锂离子电池发生热失控后释放混合气体的爆炸危险性和火灾危险性进行实验研究,测定分析锂离子电池电解液的危险性以及不同环境气氛下锂离子电池的热失控特性。结果表明：按锂离子电池热失控释放主要气体组分配制的混合气体具有较大的爆炸危险性,爆炸下限为6.1%,最大爆炸压力可达0.61~0.76 MPa,可对建筑物造成严重破坏;配制的混合气体最小点火能为0.3 mJ。锂离子电池电解液在120~130 ℃温度下挥发蒸气危险性较高,爆炸下限为2.3%,且燃烧后产生的刺激性气体可能导致人体的二次伤害。实验采用三元锂电池热失控触发温度为125~150 ℃。研究结果可以为锂离子电池储能电站可燃气体探测、通风设计等提供支持。     

基于实体试验的磷酸铁锂电池火灾危险性分析

为研究动力锂离子电池的火灾危险性,以大容量磷酸铁锂电池为研究对象,开展了电池单体的燃烧试验及电池模组的量热试验,获得温度变化曲线和热释放速率曲线。试验结果表明:在外部加热的条件下,电池表面温度在150℃以上磷酸铁锂电池有发生热失控的风险;额定电压12.8 V、额定容量200 Ah的磷酸铁锂电池模组发生热失控,电池模组所释放的总热值约为366 MJ,最大热释放速率约为240 k W。此试验方法可用于量化分析不同材料动力电池的燃烧特性电池;     

动力锂离子电池热失控火灾试验模型研究

分析动力锂离子电池热失控安全问题现状及相关标准、规范的规定,研究建立用于评价锂离子电池热失控火灾防控装置的试验模型。试验模型包括锂离子电池箱结构尺寸、锂离子电池种类及布置、热失控触发方式、火灾防控装置的安装、试验过程数据采集处理等。采用加热和过充两种触发方式使电池发生热失控,模拟不同工况下电池热失控的行为。通过火灾试验及标准模型的建立,初步确定火灾防控装置对扑救锂离子电池火灾有效性和可靠性的评价标准。     

液氮抑制32650型磷酸铁锂电池组热失控传播特性试验研究

文章从磷酸铁锂电池组热失控危险特性出发,通过试验研究32650型磷酸铁锂电池单体热失控特征及其电池组间热失控传播过程。探究利用液氮喷淋阻断电池组间热失控传播,分析液氮对磷酸铁锂电池的防灭火效能。结果表明：单体锂电池热失控可划分为被动加热、安全阀泄压、自反应、喷射火、明火熄灭等5个阶段,单体电池温度变化曲线呈倒“V”形。液氮可有效阻断电池组间的热失控传播,能够大幅降低喷射火阶段的电池峰值温度。且喷淋时间越长,阻止电池组热失控传播越明显。30 s液氮喷淋条件下,除电池A1外,其他电池未进入安全阀泄压阶段。     

不同正极材料的大容量锂离子电池热失控实验研究

为探究不同正极材料大容量锂离子电池的热失控特性,针对不同荷电状态（SOC）下相同容量的不同正极材料大容量52 Ah磷酸铁锂电池（LFP）和53 Ah三元锂离子电池（NCM）的热失控进行实验,通过热失控行为、热失控特征参数等参数对比二者的宏观行为与特征。实验结果表明：NCM热失控比LFP更剧烈;SOC越大,NCM与LFP更易发生热失控且热失控更剧烈,NCM热失控对SOC的变化更敏感。     

过充条件下三元锂离子电池热安全性分析

为探究锂离子电池在过充条件下的热安全性问题，以18650型三元锂离子电池为研究对象，开展单次与循环过充不同SOC电池在相同条件下的热安全性对比实验。通过锂离子电池到达初爆和热失控节点所用时间、节点处电池表面温度以及电池表面温度峰值，分析单次与循环过充电池的热稳定性和后果严重程度，为评估过充条件下锂离子电池热安全性提供评价指标，为民用航空运输中使用锂离子电池的设备的检验管理、行业的规范发展提供技术支持。结果表明：单次过充后的锂离子电池与循环过充后相比，初爆时间提前20%，温度升高8%，热失控时间提前15%。在综合分析电池热失控现象、最高温度和质量损失后，得出循环过充后锂离子电池的热稳定性优于单次过充电池，但其热失控后果更为严重。     

气凝胶毡组合放置方式对锂离子电池热失控特性的影响

摘 要：为减缓热量在锂离子电池货物间传播,通过自主搭建的锂离子电池燃爆实验平台,开展气凝胶毡在锂离子电池包装内的不同放置位置对热失控热量阻隔有效性的研究。结合试验结果分析选取峰值温度、热失控传播时间和速度、烟气浓度、质量损失以及包装破坏程度作为锂电池包装性能评价参数,引入简化的N-GAS毒性定量评估模型,通过对不同气凝胶毡组合放置方式中的锂离子电池包装件进行评价可知：从对电池组的安全和外包装完整性的保护作用效果看,顶部中部组合对热失控传播阻隔效果最好,并且不建议在锂离子电池实际运输中采用三面全包方式。     

空运状态下锂电池热失控释放气体特性研究

为定量研究空运锂电池热失控危险性并为其批量运输提供理论指导,对不同荷电状态和负压环境下的锂电池开展热失控试验,确定锂电池在不同条件下热失控释放气体的释放特性。利用GC-MS 确定不同荷电状态及负压环境下气体组分,并利用气相色谱仪确定不同条件下锂离子电池热失控释放气体各组分的含量。试验结果表明,在锂电池发生初爆时,不同荷电状态对热失控释放气体量有显著影响,荷电状态在10%及以下时热失控释放气体量较多并且初爆温度较高。不同荷电状态对生成气体中组成成分影响较小,对组分含量影响较大。热失控释放气体量随着负压程度的增加而增大。     

三元锂离子电池直径和荷电状态对热失控传播影响研究

随着我国新能源汽车的不断发展,锂离子电池作为新能源电动汽车最重要的储能设备,由于其能量密度高的特点,存在着燃烧迅速、爆炸并触发相邻电池热失控传递的热安全危险,制约着更规模化的应用和推广,严重威胁着人员的生命财产安全。电池的热失控主要与其电池形状、荷电状态、连接方式等有关。而在不同荷电状态和不同直径的耦合条件下的电池热失控研究是提高锂电池安全性能的研究重点。为了探究锂离子电池热失控传播过程的主要影响机制,采用不同直径（10440型、14500型、18650型、21700型、26650型和32650型）和不同荷电状态（50%、70%、100%）的三元锂离子电池为研究对象,考察其在一维线性排列方式下的热失控传播时间及热失控空间传播速率变化特征,进而深入分析电池直径和荷电状态对热失控传播时间及热失控空间传播速率的影响机制。采用实验数据、传热学理论以及无量纲分析相结合的方法建立了阻断电池热失控传播链的计算模型,进而预判电池间的热失控传播时间,结合无量纲分析得到了不同荷电状态（50%、70%、100%）电池热失控传播时间与电池直径（10,14,18,21,26,32 mm）的特征关系,提出了一维排列方式锂离子电池热失控传播时间的预测模型。实验研究结果表明：当电池荷电状态（SOC）一定时,电池直径越大,总热阻随之增高,进而导致热失控传播时间增大和空间热失控传播速率减小。在总电能相同的条件下,锂离子电池的荷电量越大,产热量也随之越大。电池直径对电池热失控传播过程的影响主要取决于电池传热过程中热阻的变化,采用集总模型理论、傅里叶理论和界面连续性条件,建立整个锂离子电池模组的热阻公式,并通过公式推导出锂离子电池荷电状态与电池产热量之间的关系。研究结果表明：当电池直径一定时,模组内电池热失控过程的总产热量随着电池荷电状态的增大而增大;在高温环境下,电池之间的热失控传播速率也将随之大幅提升。本文通过在锂离子电池的热失控传播时间段设计阻断传播链的计算模型,进而预判电池间的热失控传播时间,结合无量纲分析系数拟合得出电池荷电状态在50%、70%和100%时,单体电池间的平均无量纲热失控传播时间与电池宽高比、电池荷电状态之间的关系,提出了模组内相邻单体电池间热失控传播时间预测模型。     

热处理对锂离子电池热失控特性的影响研究

为了探究外部高温对不同荷电状态锂离子电池热失控特性的影响,将三种荷电状态的18650 型锂离子电池分别热处理至80、100 ℃,在常温下静置24 h 后通过热流道加热线圈使其热失控并分析电池的温度、电压等特征参数。研究表明,同一热处理温度下,锂离子电池荷电状态越高其热失控现象越剧烈,热失控温度越高,电压下降时间越早。同一荷电状态下,热处理至80 ℃的锂离子电池热失控现象更剧烈,热失控温度更高,电压下降时间却更晚。试验结论可为锂离子电池的安全运输、存储及应用提供理论依据。     

低压双流体细水雾抑制锂离子电池热失控研究

利用自主设计的实验平台,采用加热棒模拟锂电池外部过热场景,分别在95、80、60 kPa的环境压力下对18650型锂电池热失控表面温度和CO体积分数变化进行对比,探究低压双流体细水雾对锂电池热失控的抑制效果。结果表明：低压双流体细水雾可在低雾化压力下产生较小的雾滴粒径,并能有效抑制锂电池热失控与热传播,减少CO生成量;雾化压力为1.2 MPa时产生的细水雾雾滴粒径最小,冷却效果最好。随着环境压力降低,细水雾的抑制效果下降。可考虑使用惰性气体作为雾化气体,增强灭火效果。     

不同外部热源及气压对软包装锂离子电池热失控影响

开展不同低压环境(90、70、50 kPa)下的锂离子电池热失控实验,分别使用加热板、辐射环和辐射板搭建3个锂离子电池热失控实验平台.改变加热条件,观察软包装锂离子电池在低压下热失控火行为、温度变化、热释放速率、总释热量、耗氧量和CO2生成量的变化情况.压力的降低会使得锂离子电池在燃烧阶段氧气不充足,电池内部可燃物质与...     

18650 三元锂电池组热失控蔓延规律研究

为探究电池数量、荷电状态和电池间距对18650 三元锂电池组热失控蔓延的影响,设计并搭建了电池过充引发失控过程特征参数测量的实验平台。结果表明：在本文实验条件下,单粒主发电池初爆到火焰熄灭过程约13 s,且不能引发其他电池热失控;但2 粒主发电池失控可引发60%SOC 以上或电池间距2mm 的单粒被发电池热失控,而40%SOC 或间距增至3 mm 以上的单粒被发电池未失控。由此可见,足够电量的被发电池须在主发电池失控过程中获取足够热量和热流强度才会引发失控。由此可推出,若电池箱内空气中含足量有效抑爆剂,能够避免明火燃烧;若增加主发与被发电池之间热阻,同样能够避免电池组的热失控蔓延。