火灾试验中锂电池特性研究



火灾试验中锂电池特性研究

锂电池由于具有较高的能量密度和功率密度且使用寿命长，充电速度快而得到广泛应用。然而，锂电池由于含有易燃性材料，因此解决其使用安全问题变得至关重要。电池过热会散发出HF、POF3等有毒气体。为此，对商用锂电池进行了相关试验，测量锂电池燃烧过程中热释放速率、电压和表面温度等参数，以及HF、POF3等气体排放物的排放量。

使用单体燃烧仪对锂电池燃烧试验进行测量和气体收集。电池置于金属网格上，丙烷燃烧器置于电池下方。冲击试验总共进行6项。试验1～5使用袋状磷酸铁锂电池，每项试验包含5块电池，通过钢丝机械固定在一起。试验6采用9块K2 26650柱状电池，直立排列在一个有一面不可燃硅胶板组成的盒子里。在试验3中手动将水雾作为喷雾添加到电池上方火焰中，研究附加水分对排放气体组成的影响。所有试验均对荷电状态进行预先设置，所有电池均有不同程度的老化。为减少燃烧器长时间使用产生的影响，每项试验分2天进行，隔天再进行下一项试验。试验时，使用PICO技术ADC-24数据记录器以1Hz的频率对锂电池温度和电压进行测试。使用仕富梅4100气体纯度分析仪测量排放气体中的氧含量，使用非分散性红外线传感器测量排放气体中CO和CO2的含量。通过耗O2量计算热释放速率，并通过CO2含量对结果进行修正。使用吸附过滤器吸附产生的氟化盐，通过傅氏转换红外线光谱分析仪测量HF、POF3的含量。最后通过对一个汽车级10kWh锂电池进行火灾试验，与之前的6项试验进行对比。试验表明，锂电池的热释放总量约为28～75kJ/Wh，最大热释放速率为110～490W/ Wh。在所有试验中，所释放的气体中均发现了HF，但没有发现大量的POF3和PF5。在0%、50%和100%这3种荷电状态下，高荷电状态电池的热释放速率较高、反应活性也较高、温度升高较快、电压击穿较早。对比试验中氟化氢排放量约为400～1200gHF。若在封闭的环境中释放这些HF会导致难以想象的后果。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2014年第271期

作者：Fredrik Larsson

编译：李臣