2022-08-29 18:28:56, 市场部 杭州仰仪科技有限公司
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本文重点研究了锂电池热失控喷发的气相可燃性物质—即电池材料分解产气与电解液蒸气二元体系的爆炸极限与爆炸压力。同时,通过在爆炸容器内加热触发电池热失控的方式实现了电池喷发物原位爆炸性检测。
前言
锂离子电池热失控气相喷发物质的燃爆特性参数是储能电站等锂电池存放/使用场所进行安全设计与管控的重要理论基础。目前,UL9540A等相关标准仅涉及电池产气检测。然而,大部分电解液溶剂同样属于可燃性物质,如碳酸二甲酯具有较强的挥发性与易燃性(闪点17℃,爆炸下限3.1%)。研究表明,当锂电池达到泄压温度时,电解液蒸气对于电池内部压力的贡献能够达到30%以上[1]。因此,测试电池产气与电解液蒸气组成的二元体系能够更准确地反映电池热失控喷发物的爆炸及火灾危险性。
实验部分
1. 样品准备
(1)电解液溶剂:EC(碳酸乙烯酯):DMC(碳酸二甲酯)= 3:7;
2. 实验条件
(2)爆炸压力测试
(1)爆炸极限测试
为更直观地呈现燃烧判定的结果,本实验引用GB/T 21844-2008与GB/T 12474-2008规定的方法与仪器进行测试,以火焰传播范围判定样品是否被点燃,实验步骤如下:
实验结果
1. 人工配气实验
本实验配制电解液蒸气与电池产气摩尔比为1:1的混合气体,用于测定样品爆炸极限和最大爆炸压力。
(1)爆炸极限
LEL=0.5×(4.185+3.897)%=4.04%;
爆炸上限:
UEL=0.5×(27.026+27.553)%=27.29%。
图2 (a) 火焰不传播XTS =3.897%; (b) 火焰传播XTS =4.185%
图3 (a) 火焰不传播XTS =27.553%; (b) 火焰传播XTS =27.026%
(2)爆炸压力
图4 人工配气实验 (a) 全过程压力变化及 (b) 爆炸压力与温度变化曲线
2. 热失控喷发物原位爆炸实验
相较于人工配气进行模拟,原位实验可以直接测试电池热失控喷发物,真实反映锂电池的火灾危险性。如图5所示,热失控喷发气体的浓度为5.09%,低于常规电池产气的爆炸下限(7%左右),但点火后容器内仍发生较猛烈的爆炸,爆炸压力Pex为0.759MPa,爆炸指数Kst为5.80MPa·m·s-1,说明电解液蒸气参与并显著影响电池喷发物的燃爆过程。
结论
本文利用人工配气与电池原位热失控两种方法测定了单体热失控气相喷发物的燃爆特性参数。实验结果表明,UL9540A等标准仅通过测试电池产气并不能够准确反映锂电池热失控喷发物的火灾危险性,必须综合考虑电解液蒸气的影响。
参考文献
[1] Peng Qin, Qingsong Wang. A new method to explore thermal and venting
behavior of lithium-ion battery thermal runaway [J]. Journal of Power Sources. February 2021.
联系电话:400-117-8708
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