火災試驗中鋰電池特性研究

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火災試驗中鋰電池特性研究

鋰電池由于具有較高的能量密度和功率密度且使用壽命長，充電速度快而得到廣泛應用。然而，鋰電池由于含有易燃性材料，因此解決其使用安全問題變得至關重要。電池過熱會散發出HF、POF3等有毒氣體。為此，對商用鋰電池進行了相關試驗，測量鋰電池燃燒過程中熱釋放速率、電壓和表面溫度等參數，以及HF、POF3等氣體排放物的排放量。

使用單體燃燒儀對鋰電池燃燒試驗進行測量和氣體收集。電池置于金屬網格上，丙烷燃燒器置于電池下方。沖擊試驗總共進行6項。試驗1～5使用袋狀磷酸鐵鋰電池，每項試驗包含5塊電池，通過鋼絲機械固定在一起。試驗6采用9塊K2 26650柱狀電池，直立排列在一個有一面不可燃硅膠板組成的盒子里。在試驗3中手動將水霧作為噴霧添加到電池上方火焰中，研究附加水分對排放氣體組成的影響。所有試驗均對荷電狀態進行預先設置，所有電池均有不同程度的老化。為減少燃燒器長時間使用產生的影響，每項試驗分2天進行，隔天再進行下一項試驗。試驗時，使用PICO技術ADC-24數據記錄器以1Hz的頻率對鋰電池溫度和電壓進行測試。使用仕富梅4100氣體純度分析儀測量排放氣體中的氧含量，使用非分散性紅外線傳感器測量排放氣體中CO和CO2的含量。通過耗O2量計算熱釋放速率，并通過CO2含量對結果進行修正。使用吸附過濾器吸附產生的氟化鹽，通過傅氏轉換紅外線光譜分析儀測量HF、POF3的含量。最后通過對一個汽車級10kWh鋰電池進行火災試驗，與之前的6項試驗進行對比。試驗表明，鋰電池的熱釋放總量約為28～75kJ/Wh，最大熱釋放速率為110～490W/ Wh。在所有試驗中，所釋放的氣體中均發現了HF，但沒有發現大量的POF3和PF5。在0%、50%和100%這3種荷電狀態下，高荷電狀態電池的熱釋放速率較高、反應活性也較高、溫度升高較快、電壓擊穿較早。對比試驗中氟化氫排放量約為400～1200gHF。若在封閉的環境中釋放這些HF會導致難以想象的后果。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2014年第271期

作者：Fredrik Larsson

編譯：李臣