常壓和低壓下鋰原電池、鋰離子電池火災(zāi)行為研究.pdf

1、目前鋰電池在各種電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，與之而來的是鋰電池的火災(zāi)和爆炸事故常有發(fā)生，在鋰電池應(yīng)用的同時需要對其火災(zāi)和爆炸危險問題進(jìn)行精確評估。本論文的工作總結(jié)如下:
　　首先進(jìn)行了鋰原電池燃燒特性的實(shí)驗(yàn)研究。在量熱平臺中進(jìn)行單個和多個鋰原電池的燃燒試驗(yàn)以測量它們的燃燒參數(shù)。在這些測試中，電池暴露于20kWm-2的輻照下，測量的參數(shù)包含點(diǎn)燃時間、質(zhì)量損失、熱釋放速率和溫度分布等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)多個鋰原電池燃燒具有超過1200℃的火焰溫

2、度并釋放大量熱和腐蝕性的化合物。結(jié)果表明，燃燒效率、二氧化碳產(chǎn)生量和質(zhì)量損失與電池的數(shù)量成正比?？梢杂弥笖?shù)增長經(jīng)驗(yàn)公式來描述一定數(shù)量內(nèi)電池組燃燒熱量和電池數(shù)量的關(guān)系。這些結(jié)果為鋰原電池的使用、儲存和分配過程中的防火措施提供了科學(xué)依據(jù)。
　　測試了兩種商業(yè)18650鋰離子電池在不同充電狀態(tài)下的燃燒性能。測量和評價了鋰離子電池的燃燒特性，包括表面溫度、點(diǎn)燃時間、質(zhì)量損失和熱釋放速率(HRR)。通常鋰離子電池在經(jīng)歷熱失控的情況時會發(fā)生破

3、裂、燃燒、甚至爆炸現(xiàn)象。固體電解質(zhì)界面膜的分解和聚合物隔膜的分解被認(rèn)為是導(dǎo)致鋰離子電池燃燒的直接原因。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HRR和燃燒熱量通常隨著充電狀態(tài)增加而上升，而第一次噴射的時間和第一、二次噴射之間的時間間隔減小。鈷酸鋰18650電池表現(xiàn)出比磷酸鐵鋰18650電池更高的爆炸風(fēng)險，因?yàn)榍罢哚尫帕烁嗟难鯕?。通過氧消耗方法計算和修正實(shí)驗(yàn)燃燒熱量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部產(chǎn)生的氧對熱估計具有顯著影響，其中100％充電狀態(tài)的鈷酸鋰18650電池的最大修正率

4、為29.9％。對不同布置的電池進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，即水平4×1、水平2×2和垂直2×2鋰離子電池的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同的電池組布置可以影響點(diǎn)燃時間、熱釋放速率、燃燒熱量和輻射熱流，而質(zhì)量損失的方式和總質(zhì)量損失是相似的。結(jié)果表明，具有較大受熱面積的電池具有更大的熱失控危險和更劇烈的燃燒。
　　減小的環(huán)境壓力會影響燃燒過程中的物理和化學(xué)反應(yīng)，并且燃料的燃燒與普通環(huán)境壓力下有顯著不同的燃燒特性。鋰電池的火災(zāi)行為同樣受環(huán)境壓力條件的影響，

5、本文提供了在正常和高海拔條件下鋰電池火災(zāi)的差別實(shí)驗(yàn)。在海平面城市合肥（100.8千帕/24米）和高原城市拉薩（64.3千帕/3650米）分別建造了同樣配置的量熱平臺，以研究環(huán)境壓力對鋰電池火災(zāi)行為的影響。從鋰原電池燃燒對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，合肥和拉薩鋰原電池的質(zhì)量損失表現(xiàn)為隨電池個數(shù)增多而增大的線性關(guān)系。對于相同電池個數(shù)的電池組，質(zhì)量損失隨著壓力升高而增加。在高海拔地區(qū)，熱釋放速率、燃燒熱量和輻射熱流等參數(shù)會隨著海拔高度的上升和氧氣濃度的

6、減少而減小，在拉薩鋰原電池的燃燒效率低于合肥。鋰離子電池在低壓下的火災(zāi)危險性的特征表現(xiàn)為點(diǎn)燃時間、質(zhì)量損失、熱釋放速率和燃燒熱量的減少。單個電池的點(diǎn)燃時間隨著充電狀態(tài)的上升而減小，壓力的增加導(dǎo)致相同充電狀態(tài)的電池點(diǎn)燃更快，質(zhì)量損失、熱釋放速率和燃燒熱量等參數(shù)會隨著壓力升高和氧氣濃度升高而增加。電池組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量損失和電池數(shù)量呈現(xiàn)線性增長的關(guān)系，不同之處是在較高壓力下的電池具有更高的質(zhì)量損失。電池組的熱釋放速率隨電池數(shù)量的增多而增大