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。     

不同荷电状态下手机锂离子电池引燃实验及痕迹特征研究

对常用手机聚合物锂离子电池在不同荷电状态下进行针刺、过热、燃烧实验,结合温度、时间等实验数据,对电池在不同情况下发生热失控的现象以及残留物痕迹特征进行分析。结果表明,电池的荷电状态即剩余电量值越大,在相同滥用条件下热失控发生越早,反应越剧烈,对痕迹影响越大。电池在燃烧实验中外壳破坏最为严重,痕迹特征最显著。     

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...     

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。     

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℃。     

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。     

锂离子电池冲击挤压后安全特性研究综述

从实验和仿真两个角度综述了近年来国内外针对冲击挤压后锂离子电池安全特性的相关研究,从冲头形状、机械加载方式、机械加载位置、SOC 状态4 个影响因素进行分析总结。分析结果表明,锂离子电池内短路面积越大、冲击挤压位置越边缘、SOC 越高,则其失效时温度越高、电压突降越快、越易热失控;而锂离子电池应变量越大,内阻越小。根据冲击挤压热失控前锂电池的电压、温度、内阻等多种安全特性参数变化规律,建立锂电池安全状态的早期预警识别方法,对于防范新能源汽车因冲击挤压造成的热失控安全事故极为必要。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。