锂离子电池火灾危险性研究

为解决锂离子电池在应用、运输中的火灾安全问题,并为锂离子电池火灾扑灭技术研究提供支撑,以钴酸锂18650型及大容量的聚合物锂离子电池为研究对象,通过开展针刺、短路、耐热等滥用试验寻求锂离子电池及电池组引发火灾的条件和因素。通过开展燃烧试验,分析锂离子电池的燃烧特点。试验结果表明:正极材料为钴酸锂的18650型锂离子电池自燃温度约为170℃,大容量的聚合物锂离子电池组在内部短路后,可能发生燃烧甚至轰燃现象且燃烧残留物温度高,易引发火灾;18650型锂离子电池在短路条件下会长时间持续放热,存在引发火灾的可能;单只锂离子电池燃烧后能够引燃相邻的电池,从而形成电池组的连锁燃烧反应。     

不同环境体系下锂离子电池热失控特性实验研究

针对锂离子电池热失控引发的航空运输安全问题,自主设计并搭建锂离子电池热失控灾害演化及危险性分析实验平台。在敞开和密封环境体系下,对电加热触发荷电量(State of Charge,SOC)为0%、50%和100%的18650型锂离子电池热失控规律进行了实验研究。观察单体锂离子电池在敞开和密封体系中的热失控现象,并记录单体锂离子电池热失控时间、温度峰值及相应的温度变化。数据结果显示,相比敞开体系,密封体系有效的延缓了锂离子电池发生热失控的时间,并降低了锂离子热失控时释放的能量,为锂离子电池的航空运输安全性研究提供了理论依据和工程技术参考。     

太空环境下锂离子电池热失控与火灾的研究展望

综述了锂离子电池的热失控机理,介绍了由于电池内部电解液、电池隔膜和电极材料分解的链式热反应过程而引发的热失控和火灾现象。同时,讨论了锂离子电池在微重力太空环境中可能产生的烟黑浓度倍增,加速火蔓延,火焰喷射等极端火行为。进而探讨了开展锂离子电池的低压、落塔和抛物飞行等地面实验模拟太空微重力燃烧的方法可行性,建立数值模型预测太空微重力环境下锂离子电池热失控临界条件与火灾行为的必要性,以及如何通过基础研究科学地指导空间站电池热管理和消防系统的设计。     

极端温度下帐篷内部热环境适应性实验及模拟研究*

为揭示民用救灾帐篷热环境适应性变化规律,通过大尺度环境气候舱构建高温与低温环境,采用Ansys Fluent商用软件代码进行仿真验证,并对帐篷蓬围结构和内部热环境分布变化规律进行实验与数值模拟。研究结果表明:使用大尺度环境舱直接进行模拟帐篷内外热环境变化可行,其内部热环境变化规律与实验基本一致;帐篷特殊的篷围结构导致高温环境下帐篷内部温度高于外界,帐内人员头部和脚部温差可达5 ℃,低温环境下帐篷同一高度横向区域温度对称分布,在中心区域温度较低,边缘和中心温差近8 ℃。     

动力锂离子电池穿刺试验安全性研究

为研究动力锂离子电池受到物理穿刺时的火灾和爆炸安全性能,针对3种常规18650型锂离子电池(其中2种为钴酸锂正极,1种为三元材料正极),开展不同穿刺速度和穿刺深度条件下的安全性能试验,以锂离子电池正极表面温度来评价电池的火灾和爆炸安全性。研究表明:锂离子电池穿刺深度越深,正极表面温度升高越快,火灾安全风险越高;当穿刺深度达到100%时,2种正极材料电池的温度升高受穿刺速度影响较小,同一电池的升降温速率基本一致;相同穿刺速度下,相比于三元材料正极电池,钴酸锂正极电池升温更快,达到的最高温度更高。     

典型锂离子电池火灾灭火试验研究

为研究不同灭火剂扑救锂离子电池火灾的有效性,以18650型钴酸锂锂离子电池为研究对象,开展了干粉、二氧化碳、水成膜泡沫灭火剂等不同灭火剂及细水雾扑救锂离子电池火灾的实体灭火试验.结果表明:二氧化碳、ABC干粉、3％的水成膜泡沫灭火剂均能有效扑灭18650型钴酸锂锂离子电池火灾的明火,但灭火后均出现复燃现象,出现复燃的时间与灭火剂的冷却能力成正比;而细水雾在灭火系统喷雾强度为2.0 L/(min·m2)、喷头安装高度为2.4m的条件下,无法有效抑制或扑灭18650型钴酸锂锂离子电池火灾.     

锂离子电池安全性特点及热模型研究

锂离子电池的安全问题越来越受到重视.本文从锂离子电池热安全性特点着手,分析了锂离子电池的着火、爆炸和电解液泄漏等安全事故特点.简单介绍了锂离子电池主要材料的产热特性、相互反应产热特性.讨论了锂离子电池热模型建立的两种途径,即量热仪途径和化学反应途径,通过这些热模型的建立,来指导锂离子电池的安全设计和管理.     

锂离子电池过充爆炸强度试验研究

过充是导致电池爆炸的一种常见原因,分析过充与电池爆炸的关系及过充所导致的电池爆炸对周围环境的破坏程度极其重要.以10 Ah三元材料锂离子电池为研究对象,采用不同倍率过充方式刺激锂离子电池,利用高速摄影仪、红外热像仪和压力传感器来记录该锂离子电池爆炸、燃烧的图像、温度和压力.结果表明:电池在过充的过程中,其温度变化分为3个阶段;发生爆炸后,电池的能量主要以燃烧的形式释放,燃烧的火球面积高达770.64 cm2;距电池爆炸15 cm处,最大压强为0.03 MPa,可见电池爆炸会对周围环境造成一定破坏.     

锂离子电池火灾风险管控研究现状分析

为了研究锂离子电池火灾风险管控,本文对锂离子电池火灾的特点及诱因进行了分析,通过查阅国内外相关文献,对锂离子电池模型仿真技术、火灾防治材料以及各阶段安全评价的研究状况进行归纳总结。研究发现,对锂离子电池火灾进行评价时,评价对象较为单一,无法系统地对锂离子电池火灾进行风险管控,故提出将生物免疫机理引入对锂离子电池火灾的风险管控中,为实现锂离子电池的全生命周期安全管理提供了新思路。     

锂离子电池燃爆特征及空运安全性研究

为解决与锂离子电池热失控有关的空运安全问题,利用自主设计的锂电池火灾试验平台,对不同包装、数量及荷电状态(SOC)的18650型锂离子电池开展燃爆试验研究。观察锂离子电池热失控现象,进行阶段划分,研究锂离子电池热失控传播过程;记录不同条件下锂离子电池初爆响应时间、燃爆峰值温度及峰值温度持续时间,考察不同包装、数量及SOC对锂离子电池空运安全的影响。结果表明:锂离子电池燃烧可分为初爆和燃爆2个阶段,一节电池热失控可形成连锁燃烧反应;电池热稳定性随SOC增大而显著降低;空运电池数量严重影响空运安全;用瓦楞纸包装时,燃爆峰值温度高达820℃,不能提高锂离子电池安全性。     

电动汽车锂离子电池组火灾数值模拟研究

为了探究电动汽车火灾危险性,利用FDS软件建立锂离子电池火灾模型,并对电动汽车锂离子电池组火灾进行数值模拟研究,分析火灾过程中的热释放速率、烟气、能见度、温度、CO和CO2浓度变化规律。研究结果表明:电动汽车内锂离子电池组火灾发展迅速,其烟气、高温、CO等危害影响车内人员的安全;车辆内部锂离子电池组的数量决定其火灾危险性的大小,大电池容量电动汽车火灾风险较高;当电动大巴车后端电池组发生火灾时,人员后门逃离的安全性系数高于前门;电动汽车火灾可能发生蔓延,增大车辆密集型区域的消防安全难度。该模拟结果可为电动汽车消防提供参考。     

航空压力环境对锂离子电池热解气体爆炸极限影响*

针对航空锂离子电池热失控释放气体安全性研究不足的问题,采用气体拉曼光谱技术、气相色谱仪(Gas Chromatography,GC)和质谱(Mass Spectroscopy,MS)耦合来探究压力和荷电状态(State of Charge,SOC)对锂离子电池早期故障气体类型、气体动态演变及气体潜在危险性等特征的影响规律,同时综合考虑压力、电压和电池温度等多种因素分析锂离子电池热失控危害。研究结果表明:电池SOC越高且环境压力越低,电池越早触发热失控,爆炸极限越宽,其中30 kPa下100%SOC电池热解气体爆炸极限为8.01%~53.35%;SOC和环境压力越高,电池热失控越危险,释放的气体体积越多;CO,CO2,PF3,C2H4及电解液（C3H6O2、C3H6O3、C4H8O2）等气体可作为航空锂离子电池早期故障诊断特征。研究结果对保障锂离子电池在航空领域的安全运输及应用具有重要意义。     

锂离子电池热失控危险性研究进展

锂离子电池广泛应用的同时也出现了燃烧、爆炸等安全问题.针对锂电池热失控及火灾问题,综述了电池内部热失控演变过程、热失控气体释放及其燃爆风险,以及热失控和火灾发生时有毒有害气体的危害性等方面近年来的研究进展.最后提出今后主要研究方向是电池模块/电池包内热失控气体释放和流动过程研究、气体爆炸危险性动态变化规律研究和大容量高比能富镍电池单体/模块热失控特性和规律研究等.     

低压环境下新型清洁灭火剂抑灭锂离子电池火试验

为研究可替代哈龙的新型气体灭火剂2-溴-3,3,3三氟丙烯(2-BTP)抑制和扑灭航空货运锂离子电池火的有效性,基于动压变温试验舱和灭火系统开展试验。在80k Pa、60 k Pa和40 k Pa低压环境下对100%电量的21700锂离子电池用加热棒进行加热并引发其热失控,同时启动灭火系统释放灭火剂。在试验过程中实时采集记录锂离子电池的温度、热失控现象,以及舱内环境空气中CO体积分数的变化。结果表明,2-BTP灭火剂在低压环境下能有效扑灭锂离子电池火且无复燃,减少CO的生成量,同时能够抑制相邻锂离子电池间的热传播,从而阻止连锁热失控。     

绝热加速量热仪研究锂离子电池电解液热安全性

利用绝热加速量热仪对商业锂离子电池中常用的3种电解液进行了热分析实验,并根据测试结果评价了其热安全性.3种电解液的初始反应温度均在180～200℃之间;运用绝热理论模型,得到3种电解液热分解反应的活化能Ea分别为(246.202±2.866)kJ·mol、(277.94±7.49)kJ·mol-1和(778.81±34.86)kJ·mol-1;每克样品反应终止时压力分别达到2173.84kPa、2 074.80kPa和2408.65 kPa,压力升高值△P分别为:819.42 kPa、1 619.37 kPa和808.54 kPa.     

放电条件下锂离子电池热行为的研究

锂离子电池在生产生活中扮演着重要角色,为了对其热性能有更全面的了解,对锂离子电池放电条件下的热行为进行了探究。通过采集表面温度、电压、热释放速率等参数后对比发现,在可逆热与不可逆热的作用下,电池放电过程中存在明显的升温。此外,放电处理将导致电池出现更为明显的升温情况,更早发生热失控。最后,经过放电处理的锂电池在外加热源作用进而发生失控的实验过程中有着更剧烈的热失控行为,并最终释放较少的热量。     

惰性气体结合细水雾抑制锂离子电池燃烧试验研究

为研究锂离子电池热失控过程中的相关特性,在细水雾基础上加入惰性气体进行抑制锂离子电池火灾试验。选取荷电状态为0%、50%、100%的磷酸铁锂电池分别在空气、N_2、CO_2气体环境中研究热失控特性;在热失控研究基础上,利用细水雾喷射装置开展锂离子电池热失控灭火试验,对比分析锂离子电池热失控爆发时间、温度变化、灭火时间等参数。结果表明:锂离子电池热失控经历鼓包破阀、初期喷火、稳定燃烧、火焰衰减、火焰熄灭、火焰复燃阶段; N_2、CO_2均能降低锂离子电池燃烧温度,减弱爆炸强度,CO_2与纯水细水雾抑制锂离子电池燃烧效果优于N_2与纯水细水雾,证明惰性气体与细水雾对锂离子电池火灾的协同抑制作用。     

锂离子电池电解液火灾的烟雾探测方法研究

基于散射不对称比的气溶胶识别方法,采用单个入射波长和两个散射角的方式测定了电解液火灾、正庚烷火、棉绳阴燃三种火灾烟雾和D90粉尘的前后向散射不对称比.结果表明,在红外L ED光源作用下,前向散射角为45°和后向散射角为135°时,不同类型气溶胶的散射不对称比的均值和变化率存在差异,这可以用于区分火灾烟雾和干扰气溶胶.此...     

高温环境下18650型锂离子电池热失控过程的数值分析

采用ANSYS对高温条件下铜棒代替锂离子电池的空白试验进行数值模拟,获得拟合的陶瓷化纤棉毯的比热容;然后对18650型锂离子电池的热响应进行模拟,通过模拟结果与试验数据的比较分析,获得锂离子电池内部的反应放热量;最后应用得出的陶瓷化纤棉毯比热容和化学反应热对高温环境下18650型锂离子电池的热失控进行模拟,研究18650型锂离子电池热失控的变化规律.结果表明:20W加热条件下,锂离子电池的放热反应热为30 kJ;锂离子电池在加热1 287 s后发生热失控,热失控持续113 s后锂离子电池温度达最高,之后开始缓慢减小;锂离子电池热失控温度为500 K,热失控前温度几乎是线性增加,之后热失控导致温度迅速增加(呈指数倍增长);锂离子电池保温材料陶瓷化纤棉毯的温度变化是非线性的.