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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

锂离子电池热失控早期预警特征参数分析

为对锂离子电池热失控状态的早期预警模型提供支撑,针对单体电池单侧受热触发热失控问题开展实体实验,分析表面温度、电池电压、气体温度等多个特征参数的变化规律,在考虑降低误报漏报率的情况下,分析其合理报警范围。结果表明,加热触发的热失控状态判定主要依赖于电池表面监测点温升速率;电池电压下降量不适用于热失控预警;电池表面温度、表面温升速率、电压降速率、气体温度等特征参数的参考报警值分别为60~90℃、0.4~1℃/s、0.05~0.16V/s、60~90℃。     

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。     

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...     

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。     

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...     

C2HF5对锂离子电池热失控火焰贫燃侧的作用

C2HF5作为一种优良的哈龙替代物对熄灭锂离子电池热失控火灾具有良好的效能。基于先前研究获取的锂离子电池热失控气体组分,采用CHEMKIN-Pro针对C2HF5与混气在贫燃侧促进燃烧的现象,从自由基浓度、敏感性两方面进行了模拟研究。结果表明,在贫燃侧,自由基H、O、OH的浓度在Xa=0.04时达到峰值,C2HF5表现为促进作用;在富燃侧,自由基浓度随C2HF5添加量增大而减小,C2HF5表现为抑制作用;在敏感性分析中,基元反应R1：H+O2=O+OH最为敏感,在贫燃侧,低C2HF5添加量下基元反应以促进作用为主,随着C2HF5添加量的增大,其抑制作用不断加强;在富燃侧,C2HF5对火焰表现为抑制作用。C2HF5与火焰的相互作用受到自身燃烧促燃热效应和化学抑制效应二者间竞争关系的控制。     

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。     

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。     

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。