磷酸铁锂电池热失控行为研究进展

摘 要：磷酸铁锂(LiFePO4)电池具有安全性好、成本低、放电电压平稳、寿命长等优点,尤其适用于大型、高功率的锂离子电池体系。然而,近些年关于LiFePO4电池热失控事故的报道逐渐增多,LiFePO4电池的安全性成为人们关注的焦点。对LiFePO4电池热失控机理、材料热稳定性以及失控过程中的热行为研究进展进行了分析综述,期望能提高人们对LiFePO4电池安全性的认识,并对其安全性能的改善进行了展望。     

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...     

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。     

低压下不同包装航空运输锂电池热失控特性研究

为探究民用航空运输锂电池在起飞、进近和巡航阶段等低压环境下的热失控特性,分别在起飞、进近(90 kPa)和巡航阶段(20 kPa)的环境压力下,采用外部热源触发锂电池热失控。通过分析热失控过程中的热失控现象、电池表面中心温度、热释放速率和烟气变化,探究21700圆柱和软包锂电池在低压环境下的热失控特性,并对两种包装形式锂电池的热失控特性进行对比。结果表明：环境压力降低会导致21700圆柱和软包锂电池的热失控强度减弱;当环境压力从90 kPa降至20 kPa时,21700圆柱和软包锂电池的表面中心温度分别从603.2℃和686.4℃降低为420.6℃和627.3℃,同时热失控触发温度分别从218.5℃和134.5℃上升至230.8℃和158.4℃。在90 kPa和20kPa环境压力下,单位容量的软包锂电池热失控产生的CO₂高于圆柱锂电池,但产生的CO少于圆柱锂电池。     

电动船三元锂电池舱与磷酸铁锂电池舱灭火对比试验研究

为研究三元锂电池电动船的消防安全,搭建了一个船舶锂电池舱火灾试验平台,通过模拟舱室火灾场景,开展了一系列大尺寸灭火试验,从灭火现象、冷却效果及复燃间隔时间等方面对比分析了4种船用固定式灭火系统对三元锂电池和磷酸铁锂电池初期火灾的抑制效果.试验表明,压力水雾灭火系统对两种电池火体现出较好的抑制和冷却效果,5、10 L/(...     

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.     

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。     

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 ...     

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...     

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。     

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%。     

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。     

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。     

磷酸铁锂电池储能预制舱消防给水设施及设计参数

在碳达峰、碳中和背景下,风、光等可再生能源将逐渐成为主导能源,但其发电不连续、不稳定,需要配置储能设施。磷酸铁锂电池储能预制舱在储能市场应用较多,但磷酸铁锂电池热失控风险大,具有较大火灾危险性,而现行的消防设计标准偏低。研究了磷酸铁锂电池的火灾特点及其灭火介质的适用性,确定水基灭火剂是其较好的灭火介质。结合储能电站磷酸铁锂电池模组火灾细水雾灭火实体试验等相关试验成果以及有关储能电站火灾事故教训,研究了适用于磷酸铁锂电池储能预制舱的消防给水措施,提出了相关设计参数。并结合工程实例论述了磷酸铁锂电池储能预制舱消防给水设计方案,即磷酸铁锂电池储能预制舱内设置细水雾灭火系统,着火舱和邻近舱设置外部冷却水系统。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...