加热引发三元18650型锂离子电池组的燃烧特性

主页 > 鑫博尔 > 发布时间:2021-09-17

加热引发三元18650型锂离子电池组的燃烧特性

为研究动力锂电池组的燃烧特性,本工作以三元18650型锂离子电池组为研究对象,在受限空间中开展了加热引发电池组热失控实验,通过温度数据采集及高清摄像的方法,对不同受热位置和不同受热功率时的锂电池组的典型特征参数进行了试验研究,包括着火时间、火焰形态、临界热失控温度等,此外还开展了水雾灭火试验。结果表明:三元锂电池组热失控温度介于120~139 ℃,最大燃烧温度会随着热源功率的增大而增加,最高温度可达800 ℃。侧面过热时锂电池组燃烧剧烈程度会随着与热源距离的增加而减弱,出现多次断续复燃现象。相比侧面过热,锂电池组底面负极过热时燃烧程度更剧烈,电池会连续喷射燃烧,同时外部热源功率的增大会缩短着火时间并加剧燃烧强度。此时采用水雾对着火的锂电池组灭火,可以对燃烧中的锂电池组进行有效的抑火降温,使电池内部温度降低到临界温度以下,从而有效防止复燃。

关键词三元锂电池;热失控;燃烧特性;临界温度;水雾灭火

锂离子电池商业化应用以来,技术不断进步,目前已经广泛应用于电动汽车、储能、电子信息等领域,极大促进了人类社会的发展,但同时也有不同形式的爆炸起火事件发生,引发了人们对锂离子电池使用安全的担忧。前人针对锂离子电池的火灾危险性进行了大量研究,比如,汪书苹等通过开展电动汽车充换电站的燃烧蔓延试验,对比分析了不同类型锂离子电池的热稳定性,发现三元锂材料热稳定性相比磷酸铁锂和锰酸锂都要低,其燃烧温度更容易在短时间内达到最大值。此外,研究表明锂离子电池的热爆炸危险性与电池的荷电状态(SOC)密切相关,危险性通常会随着SOC的增加而增大。

锂电池在储运和使用过程中,由于意外受热可能造成锂电池暴露在热环境中而存在热滥用风险。试验表明锂电池热失控的等效临界温度介于123.8~139.2 ℃。在过热条件下,锂电池内部活性物质增强,容易引发电池材料间的化学放热反应,导致内部急速升温超过临界值,从而造成电池热失控起火。为了模拟过热环境,外部加热是一种常用的试验方法,可以加快模拟锂电池的热滥用过程。然而,文献中多关注的是锂离子单体电池在过热条件下的热失控特征及燃烧特性,对于模块化电池组的热滥用研究还比较缺乏,本文采用加热炉模拟三元18650型锂电池组热失控后对相邻电池的热滥用过程,分析不同受热位置和加热功率条件下锂电池组的燃烧特性和火灾行为,为三元18650型锂离子电池的安全使用和高效灭火技术开发提供理论指导和数据支撑。