三元锂离子电池低氧环境热失控特性研究

研究了NCM811三元软包锂离子电池在封闭空间中氧气体积分数为21%和10.64%环境下的热失控特性。实体实验结果表明,氧气体积分数为21%下电池热失控时,先喷射连续火焰再喷射火星,而氧气体积分数为10.64%低氧环境下电池热失控时,电池始终喷射火星,火星未形成连续火焰。电池热失控时喷射的火星在低氧环境中能够短暂燃烧,但火星不能形成连续火焰,表明NCM811三元锂离子电池热失控是一个释氧过程,但电池释放的氧气不足以维持火星的连续燃烧。     

苯-空气低压预混层流火焰燃烧特性研究

采用Chemkin软件中的预混层流火焰传播速度模型,对苯化学燃烧中的火焰传播速度、火焰温度、燃烧质量流量、预混火焰结构、苯的生成速率、敏感性分析与燃烧反应路径进行了模拟分析。结果表明:采用的CRECK机理模型可适应于研究混合气预混火焰燃烧;当量比等于1.1时,层流火焰传播速度、火焰温度和层流质量燃烧流量均达到最大值;OH、O和H是激发消耗苯反应的主要自由基;苯发生提氢反应对苯消耗的贡献率为98.5%,其中,由OH提氢反应的比例最高,占43.8%。     

常压和低压下锂离子电池灭火特性研究

研究气体灭火剂在航空货运低压环境与常压环境下对 18650 型三元锂离子电池的灭火特性。基于低压实验舱和气体灭火系统,使用全氟己酮分别在常压 101 kPa 和低压 30 kPa下对热失控的锂离子电池进行灭火,记录灭火现象、温度变化,并分析空气中各相关气体组分变化。结果表明,常压下热失控表现为向外爆燃和持续明火燃烧,延长了灭火时间;低压低氧浓度环境在一定程度上减缓锂离子电池的热失控燃烧放热反应,有助于控制峰值温度,提高灭火效率;灭火过程中,灭火剂会增加氧气的消耗,低压时氧气消耗大于常压;常压下电池内部反应和二次燃烧更充分,向外释放更多热量,生成了更多二氧化碳,而低压时会有更多的一氧化碳产生。     

高高原环境下锂离子电池热失控烟气特性

为探究高高原机场低压低氧环境对锂离子电池热失控行为中喷射火焰温度、热释放速率及烟气组分等参数的影响，构建锂离子电池低压试验平台，以4节单体18650型锂离子电池构成电池组，分别模拟高高原机场（50 kPa）、平原机场环境（90 kPa）下锂离子电池热失控试验。结果表明：在50 kPa工况下，池体破损程度、热释放速率及喷射火焰温度均有所下降，喷射火焰峰值温度降低约241.3 ℃。50 kPa工况下产生的热解烟气中C_xH_y、CO等易燃气体浓度更高，最高体积分数分别可达3 134.50×10^-6和0.860%，并且随热释放速率的增加热增加；在90 kPa工况下呈现相反趋势，C_xH_y、CO气体浓度均有所下降，且随热释放速率的增加热降低。90 kPa工况下电池燃爆更为剧烈，作为物质完全燃烧的证明，CO₂气体浓度高于50 kPa工况下试验值，最高体积分数可达1.510 7%。     

离子电池过充热失控实验及其残留物分析

针对过充条件下手机锂离子电池热失控爆炸事故,参考GB/T 18287-2013中的过充电测试方法对手机锂离子电池进行实验。选取荷电状态为0、50%、100%的电池进行实验,结合手机锂离子电池过充电过程中的电压和温度变化、电池爆炸燃烧的特征现象以及燃烧残留物痕迹特征,对锂离子电池过充电行为进行分析研究。结果表明:荷电状态的不同,锂离子电池热失控反应后残留物的痕迹特征有极大不同。荷电状态100%的电池在经历过充破坏后,其残留物粉末的XRD谱图均不含原正极材料LiCoO2的特征峰,负极C的特征峰依然存在且强锐,但峰角度均向大角度偏移。     

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...     

CO2惰化式锂离子电池储能集装箱研究

锂离子电池作为储能载体之一,为新能源并网、电网调峰与调频提供了重要支持。锂离子电池储能技术发展的同时,安全问题不能忽视。通过分析锂离子电池储能集装箱爆炸事故原因可知：锂离子电池热失控释放出的可燃烟气是爆炸的主要成因。根据燃烧三要素原理,设计了CO₂气体保护式磷酸铁锂电池热失控阻燃对比试验。根据试验结果,初步规划设计了CO₂惰化式锂离子电池储能集装箱,以期为锂离子电池储能电站的安全设计提供技术支撑。     

18650 型锂离子电池一维热失控传播试验研究

对18650 型锂离子电池在线性水平排列方式下,单体电池和电池组热失控的热量传递、温度变化、烟气变化等进行了研究。将单体锂离子电池热失控过程划分为初始阶段、燃爆阶段和后期燃烧阶段。研究了热失控传播过程,定量分析导热系数k的变化,指出电池距离外部热源越近,越早发生热失控;距离热源较远的电池由于导热系数k 减小,发生热失控的时间变长,燃爆最高温度降低;当距离超长时,热失控传播被阻断。锂离子电池热失控烟气成分主要包含SO2、NO2、CO、HCl 和NH3 等气体,其中,NO2 和SO2 占比较高,分别达到了47%和27%。     

热失控下环境体系对锂离子电池火灾危险性的影响

以21700 型三元锂离子电池为研究对象,选择空气、氮气及水雾三种环境体系,在热失控条件下对锂离子电池表面温度、逸散出的气体浓度进行在线监测,探究不同环境体系下锂离子电池之间的热量传递与热失控火灾扩展情况。结果表明：不同环境体系对锂离子电池热失控行为有显著影响。惰性气体环境不能有效抑制锂离子电池热失控的发生,却由于氧气含量降低,使热失控过程中二次燃烧阶段缺失,降低其火灾扩展危险性,且热失控的响应时间延长。氮气环境中产生的CO 体积分数峰值为2.049 ×10- 3,分别是空气与水雾环境中的154.6%和180.0%。水雾环境中,由于雾滴在正极处积聚,极易使泄压阀工作效率下降,导致内部压力过高而发生更危险的爆炸。在锂离子电池的运输、储存和应用中,应避免环境中湿度过大。可针对性置换环境气氛或提高散热能力,加强对锂离子电池的安全防护,防止热失控行为的发生。     

碱金属碳酸氢盐干粉灭火剂灭火机理

1　灭火对象的特点碱金属碳酸氢盐干粉灭火剂只能扑灭 B、C类火灾 ,灭火对象包括油类火灾、电气火灾和可燃气体火灾。油类燃烧是油受热气化 ,进入气相与氧发生剧烈的化学燃烧反应。电气火灾中有些是电气中的油类燃烧 ,燃烧形式与油类相同。可燃气体火灾是可燃气在气相与氧发生剧烈的化学燃烧反应。三类火灾燃烧形式相同 ,都属于火焰燃烧。燃烧反应的历程属于自由基链式反应。有关试验已检测到火焰中 OH· 自由基的浓度变化 ,见图 1。未加碳酸氢钠时火焰中自由基 OH· 浓度见曲线 1,加入碳酸氢钠后 OH· 自由基浓度见曲线 2。说明火焰中…     

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。     

全氟己酮和细水雾抑制三元锂离子电池火灾有效性研究

锂离子电池热失控是造成电动汽车火灾事故的首要因素。文章概述了车用锂离子电池热失控火灾危险性及抑制方法,并开展了全氟己酮、细水雾对车用三元锂离子电池热失控火灾的灭火试验。结果表明,三元锂离子电池热失控时表面最高温度超过500℃,表面最大升温速率达到18.93℃/s;全氟己酮灭火剂和细水雾均能有效扑灭电池初期明火,但在灭火后数分钟内电池发生复燃。两种灭火剂均能有效降低电池表面最高温度和最大升温速率。     

预制舱式磷酸铁锂电池储能系统安全性分析研究

电化学储能是开展电网调峰平谷、风/光能并网,实现“双碳”目标的关键环节,在政策导向和市场需求的双擎推动下迅猛发展,国内以磷酸铁锂电池储能预制舱/电站等形式大量涌现。然而,锂离子电池储能系统本身具有燃烧爆炸风险、成组密集布置进一步增加其发生热失控火灾事故的风险,同时由于电化学储能系统涉及固体、液体、气体及电气火灾等多种形式,给灭火救援处置提出了新的挑战。本文对电化学储能电站的安全性进行分析,并通过锂离子电池储能箱的全尺寸实验进行验证,获取其热失控过程中温度、气体浓度等多种参数,揭示锂离子电池储能箱热失控过程的机理,分析规模化电化学储能系统的火灾风险。研究结果显示,磷酸铁锂电池在热失控燃爆过程中电芯温度、环境温度出现明显变化,其中电芯温度可达700 ℃以上,在规模化应用条件下,磷酸铁锂电池热失控风险高,发生燃爆事故的危害大。因此,电化学储能电站需要从产品标准、设计规范、应急处置等方面加强安全管控,尤其需要开展适用于锂离子电池储能系统的预警装置和热管理技术研究。     

基于气体检测的锂电池热失控预警研究进展

由于锂离子电池热失控过程中往往伴随着特征气体的产生,可以通过检测气体的释放及其浓度来对锂电池热失控进行预警。介绍热失控气体的产生机理,总结电池类型、电池参数、外部环境条件对热失控气体的影响,不同热失控特征气体的产生现象等方面的研究现状,分析现有的基于气体检测的锂离子电池热失控早期预警研究的进展,并对其下一步的发展进行了展望,以期为提高锂离子电池的运行安全提供指导。     

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。