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...     

低温冷却对三元锂离子电池热失控抑制效果研究

为了解决锂离子电池在储存、运输中的失火难题,提出采用低温控制预防锂离子电池热失控的方法,并开展了低温冷却作用下三元锂离子电池热失控试验。研究结果表明：低温冷却能够通过降低锂离子电池内部反应活性,削弱锂离子电池热失控后的能量释放,进而阻断电池组间的热失控链式传播;锂离子电池的温度越低,电池越难发生热失控,当温度降至-30℃以下时,被直接穿刺的电池也不会发生热失控;由于低温的影响,电池内部材料活性降低,电池内部的化学反应受到限制,电池在试验后的质量损失和释放的CO气体体积分数显著降低。     

不同正极材料锂离子电池热失控产物研究

针对目前单节锂离子电池热失控过程中产生的气体,其可燃性和爆炸性将会引起热蔓延的问题,选择3种不同正极材料的18650电池作为研究对象,在不同的荷电状态条件下,通过对比热失控特征温度、热失控气体的成分、析出时间,对不同正极材料锂离子电池热失控危险性进行研究。结果表明：在相同荷电状态(SOC)的条件下,三元正极材料的锂离子电池的热失控起点温度明显低于以钴酸锂为正极材料的电池,且热失控峰值温度远高于钴酸锂电池,表明三元锂离子电池的危险性明显高于钴酸锂电池。对比两种不同的三元锂离子电池,镍元素的比例很大程度影响了电池的安全性,随着镍元素比例的提高,电池热失控的危险性随之升高。不同正极材料的锂离子电池在热失控之后产生的气体种类大致相同,H₂与CO₂的析出时间都随着SOC的增加逐渐提前,且在相同试验条件下,三元锂离子电池的H₂析出比钴酸锂电池更早,CO₂的峰值也随着SOC的增加逐渐升高,并且100% SOC组的锂离子电池热失控之后产生的CO₂远高于其他SOC试验组。     

热电触发LFP锂离子电池热失控特性研究

热滥用、电滥用是触发锂离子电池热失控的主要原因。本文采用加热板直接加热和恒流过充电2种方式开展了方壳磷酸铁锂（LFP）电池单体在有/无外部点火源条件下的热失控试验研究,采集了热失控进程及温度、电压等特征参数,分析了LFP电池单体的本征热失控特征及耦合外部点火源后的着火特性。结果表明,被测LFP电池在过热触发热失控后产生大量白烟,热失控最高温度仅为184℃,在外部点火源的作用下出现明火,火焰最高温度为740℃;LFP电池过充电触发热失控反应更加剧烈,热失控最高温度为450℃,未出现明火,但在外部点火源的作用下出现明火,火焰最高温度达1 000℃;LFP电池未完全失控时由外部点火源点燃的火灾类型为以电解液为主的B类稳定火灾,持续加热或充电后,转变为锂离子电池热失控喷射火,火焰强度明显增强。     

抑制三元锂离子电池热失控火灾研究

开展刺入式施放灭火剂的试验,以探究更高效的灭火手段。根据3种影响火灾抑制效能的主要因素（施放路径、充装压力、灭火剂种类）设计试验工况,突出刺入式施放灭火剂的火灾抑制效能。结果表明,电池热失控时,相比于外部施放灭火剂,刺入施放能使电池内部和正极都降至更低温度,差值分别为168.2,61.4℃,且无温度回升。充装压力为0.6 MPa时刺入施放,正极处液态水的降温速率达30.1℃/s,而0.9 MPa时仅为7.2℃/s,相同条件下,黏度较高的2-BTP灭火剂,在0.6 MPa时降温速率高达41.9℃/s,0.9 MPa时仍为35.2℃/s,液态水的抑制效能相比2-BTP灭火剂受充装压力的影响更明显。结果表明,刺入式施放灭火剂可使正极处的温度从643.6℃降至55.5℃,最大冷却速率达252.4℃/s,相比外部施放灭火剂,对锂离子电池火灾表现出更佳的抑制效能。     

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...     

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%。     

锂离子电池热失控过程中的烟气生成规律研究

为研究热失控传播过程中的烟气成分构成及浓度变化情况,使用3种常用不同直径(10440型、14500型、18650型)的圆柱形三元锂离子电池作为试验对象,分析电池能量密度和不同荷电状态对热失控传播过程中的烟气成分构成及相应生成总量的影响机制。研究结果表明：气体生成量的最大值基本上对应各电池达到热失控的峰值温度点,HF和HCl等酸性不可燃气体质量浓度曲线的变化趋势基本相似,NO₂、NH₃、N₂O和CO等相对易燃性气体质量浓度曲线的变化趋势基本相似;锂电池热失控传播过程中的NO₂、NH₃、N₂O和CO等可燃性气体成分生成量与热失控传播时长呈正相关的关系;而HCl和HF等不可燃酸性气体生成量则与电池能量密度和荷电状态呈正相关的关系;最终通过线性系数拟合法,得出了电池热失控传播过程中的酸性气体生成量的预测模型。     

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。     

不同压力细水雾抑制三元锂离子电池热失控效果试验研究

为探究瓶组式细水雾灭火装置在存储和使用过程中的压力变化对150 Ah大容量三元锂离子电池热失控抑制效果的影响,搭建了锂离子电池燃烧抑制试验平台,开展了锂离子电池热失控抑制试验。结果表明：试验条件下,细水雾压力越大抑制热失控所需时间越短;1.2 MPa细水雾扑灭锂离子电池明火后存在复燃现象;在成功扑灭锂离子电池热失控明火的条件下,10 MPa细水雾耗水量最少;压力衰减会降低瓶组式细水雾的灭火效果。试验可以为细水雾灭火装置抑制大容量三元锂离子电池热失控的系统选型和运行维护提供参考。     

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2 mm的单粒被发电池热失控,而40％SO...     

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...     

储能电站用锂离子电池热失控早期预警参数研究

讨论储能用磷酸铁锂电池在过充条件下的电压、表面温度以及所释放特征气体浓度特征参数变化规律,分析热失控机理、发展过程和早期预警阈值。实验结果表明：过充可促发电池内部一系列放热化学反应,引起温度、电压升高并伴有大量可燃气体产生,其中H2 含量最高且最先被气体探测器感知;电池电压、表面温度和H2 质量浓度特征参数建议报警范围分别为：4.8～6.6V、60～116 ℃、20～50 mg/L。     

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。     

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%。     

三元锂电池过充诱导燃烧特性的试验研究

为保障锂电池储能行业的安全发展,建立锂电池火灾科学防控技术,针对三元锂电池单体和模组,采用恒定电流过充电的诱导方式,开展了锂电池火灾燃烧特性和蔓延规律研究.试验结果显示,三元锂电池的燃烧过程可分为鼓胀、冒烟、燃烧3个阶段,且呈喷射火形式,燃烧强度大、燃烧速度快,火灾最高温度约为750℃;三元锂电池热失控会生成CO、SO...     

不同触发条件下的钛酸锂电池热失控特性研究

以两款商用的、不同容量、不同封装形式的钛酸锂电池为研究对象,利用过充、针刺、加热的方式进行了热失控触发的实验研究.通过对实验结果的归纳与总结,发现对于钛酸锂电池,同样的电流激励下,其在过充期间的产热更为明显;针刺方向与电池封装形式对热失控触发存在较大影响;过充电池在相同功率下的加热热失控所需时间远远小于满电态电池.