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。     

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。     

磷酸铁锂电池滥用试验及痕迹研究

以电动汽车用磷酸铁锂电池作为研究对象,针对机械滥用、电滥用、热滥用几种常见滥用方式,对电池进行试验,探究电动汽车锂离子电池作为火场引火源和火场可燃物时,其电压和温度的变化,并总结其残留物痕迹特点。研究表明,电池荷电量越高,受损程度越重,铝塑包装的完整性越差,颜色变化越丰富,褶皱越明显。磷酸铁锂电池发生热失控,持续时间久,释放能量多。     

低压条件下18650型锂电池热失效特性研究

针对18650型锂电池航空运输安全问题,搭建锂电池热失控实验平台,设定压力为95、60、30 kPa进行热失控实验,并对锂电池热失控电压和释放的CO、CO2及空气中O2含量进行数据采集和分析。结果表明:低压下锂电池热失控电压经历了突降、陡升、缓升、缓降等过程,压力越低,热失控电压陡升越明显,整个热失控过程电压上升值越大,并且峰值电压更高,达到峰值电压更快;低压下锂电池热失控时电池内部短时间释放大量CO、CO2,空气中的O2含量短时间内迅速降低,并且压力越低,电池内部释放气体越早,释放持续的时间越长。     

锂离子电池交流阻抗热失控变化规律研究

利用自主设计的交流阻抗监测锂离子电池热失控平台，对锂离子电池热滥用过程中阻抗变化规律进行研究。基于交流阻抗技术与锂离子电池热失控机理，分析了锂离子电池热滥用过程中阻抗、相位角、欧姆内阻、极化内阻及电压随电池表面温度的变化。结果表明：锂离子电池在热滥用过程中，阻抗会先减小并在电池断路前几分钟快速增长，电池电压保持稳定直至电池断路；相位角在加热中会减小然后保持稳定。18650型锂离子电池阻抗主要受欧姆内阻影响。锂离子电池极化内阻能在电池断路前保持稳定，说明正极材料在此阶段没有发生化学反应。     

不同体系中18650型锂离子电池热失控传播过程研究

使用自主设计搭建的锂离子电池热失控实验平台,在敞开体系与半封闭体系条件下对18650型锂离子电池开展热失控及传播实验,研究荷电量(SOC)为50%的锂离子电池热失控连锁反应的特征。对热失控发生时间、温度变化趋势、峰值温度、热失控传播特性等进行记录分析。结果表明:敞开体系中单个锂离子电池在173℃时开始发生热失控,最高温度达到689℃;不同体系热失控传播实验中,敞开体系未发生热失控传播,金属包装的半封闭体系发生热失控传播。     

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。     

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...     

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。     

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;     

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。     

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。     

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。     

通风条件下储能集装箱磷酸铁锂电池热失控气体扩散规律

储能电站安全和消防问题备受关注,采用磷酸铁锂电池热失控特征气体作为探测预警的方式已经广泛应用于储能电站。气体在储能集装箱部的扩散规律直接影响探测预警的准确性,对通风影响储能集装箱磷酸铁锂电池热失控特征气体扩散规律尚缺乏深入的认识。为了探究通风对储能集装箱特征气体扩散的影响,首先采用锂离子电池热失控实验平台探究了109 Ah 磷酸铁锂电池发生热失控特征气体的种类及组分,然后采用数值分析技术对储能电站气体扩散进行全尺寸模拟,通过改变通风速率、通风尺寸、通风位置讨论特征气体的扩散规律,给出纵向特征气体的变化规律,为现实气体探测预警提供理论依据。     

低压环境下锂离子电池热失控特性研究

为了探究锂离子电池在不同环境压力下的热特性,实验通过动压变温实验舱和ISO-9705 烟气分析仪作为实验条件载体,对100% SOC（荷电状态）的18650 圆柱锂离子电池在不同环境压力（30、50、70、90 kPa）下进行热失控实验。结果表明,无论是常压还是低压环境下,由外部热源引起热失控都可分为三个阶段;随着环境压力的降低,电池表面中心峰值温度、热释放速率、总热释放量均降低,燃爆响应时间点延长;在30 kPa 时燃爆响应时间点为515 s,比90 kPa 条件下延长了348 s;90 kPa 时电池热表面峰值温度为703 ℃,是30 kPa 环境压力下的1.299 倍;随着环境压力的下降,CO 气体的释放量逐渐增加,CO2、CxHy 的释放量逐渐减少。可见常压环境下锂离子电池表现出更高的热危害性,低压环境下表现出更大的毒危害性风险。     

基于相变材料的锂离子电池热失控分级抑制

基于锂离子电池组高温热失控过程，分析电池热失控过程的热参数变化特征。针对50、100 ℃两个温度节点，采用石蜡-膨胀石墨-活性炭、聚乙二醇1500-甲基纤维素的两级相变材料，以弧形铝蜂巢板作为载体，提出一种基于相变材料的预防锂离子电池组高温热失控的分级抑制方法。常温常压条件下，以3节锂离子电池并联外短路放电对相变材料有效性进行测试，与未应用两级相变材料的电池组相比最大温差可达446 ℃，验证了两级相变材料的有效性。