鋰離子電池熱失控一旦被點(diǎn)燃會(huì )出現不可控的嚴重后果

　　本文利用高溫高壓爆炸極限試驗儀對磷酸鐵鋰電池單體(3.2V/265Ah)熱失控產(chǎn)氣的爆炸極限與極限氧濃度進(jìn)行了研究，相關(guān)爆炸特性參數可為儲能電站等應用場(chǎng)景的防爆抑爆設計提供理論依據。
 

　　鋰離子電池熱失控過(guò)程會(huì )產(chǎn)生由多種可燃組分構成的混合氣體，這種熱解氣一旦被點(diǎn)燃會(huì )出現不可控的嚴重后果。
 

　　測定鋰電池熱失控產(chǎn)氣的爆炸極限與極限氧濃度，可為儲能電站等爆炸性環(huán)境的氧濃度控制提供理論依據，有效預防爆炸和火災事故;也可為地下車(chē)庫等應用場(chǎng)景的通風(fēng)設計提供數據支持，提高公共安全性。
 

　　本次實(shí)驗選擇應用于儲能站的265Ah磷酸鐵鋰電芯，通過(guò)人工配氣模擬其熱失控所產(chǎn)生的混合氣體，并使用仰儀科技HWP21-30S型爆炸極限試驗儀進(jìn)行產(chǎn)氣爆炸特性研究。
 

　　實(shí)驗結果表明，常溫常壓下電池產(chǎn)氣的爆炸下限(LEL)為6.80%，爆炸上限(UEL)為40.63%，極限氧濃度(LOC)為7.50%。
 

　　一、實(shí)驗部分
 

　　1. 樣品準備
 

　　(1)氮氣：純度不低于99.8 %(體積分數)。
 

　　(2)待測混合氣體：成分比例如下圖，用以模擬磷酸鐵鋰電芯熱失控所產(chǎn)生的混合氣體。
 

　　二、測試方法
 

　　(1)爆炸極限測定
 

　　參見(jiàn)GB/T 21844-2008 化合物(蒸氣和氣體)易燃性濃度限值的標準試驗方法;GB/T 12474-2008空氣中可燃氣體爆炸極限測定方法。
 

　　(2)極限氧濃度測定
 

　　參見(jiàn)GB/T 38301-2019可燃氣體或蒸氣極限氧濃度測定方法。
 

　　三、實(shí)驗結果
 

　　1. 燃燒判定標準
 

　　根據GB/T 21844-2008 化合物(蒸氣和氣體)易燃性濃度限值的標準試驗方法中提到的火焰的傳播的定義：在本試驗中，火焰前沿從點(diǎn)火源向上或向外到達器壁或至少離器壁13mm處的運動(dòng)過(guò)程。向外擴散運動(dòng)說(shuō)明火焰前沿存在水平分量。
 

　　2. 爆炸極限實(shí)驗結果
 

　　(1)爆炸下限
 

　　進(jìn)行爆炸下限測試時(shí)，測得接近火焰傳播和火焰不傳播時(shí)的實(shí)驗效果如實(shí)驗錄像1所示，可以計算爆炸下限LEL=0.5×(6.526+7.077)%=6.80%。
 

　　(2)爆炸上限
 

　　進(jìn)行爆炸上限測試時(shí)，測得接近火焰傳播和火焰不傳播時(shí)的實(shí)驗效果如下，可以計算爆炸上限UEL=0.5×(41.043+40.225)%=40.63%。
 

　　3. 極限氧濃度實(shí)驗結果
 

　　極限氧濃度可利用三元圖進(jìn)行分析，根據GB/T 38301-2019，當UEL≤ 0.8 × (100-Xair，L)，適用簡(jiǎn)易實(shí)驗程序。

 

　　通過(guò)上圖可知，通過(guò)程序實(shí)驗逐步確定爆炸區頂點(diǎn)空氣體積分數(Xair，L)，并測定0.8倍頂點(diǎn)惰性氣體體積分數(0.8 Xin，L)的混合氣體爆炸極限，以驗證極限空氣濃度LAC位于爆炸區頂點(diǎn)，此時(shí)：
 

　　LAC= Xair，L = 35.89%
 

　　隨后可通過(guò)公式計算混合氣體的極限氧濃度：
 

　　LOC= LAC×0.209 =7.50%
 

　　待測混合氣體的三元圖既可以確定極限氧濃度，也可以表征爆炸區范圍，反映電池產(chǎn)氣的爆炸區臨界濃度分布規律。
 

　　四、結論
 

　　本文利用爆炸極限試驗儀測定了大容量磷酸鐵鋰電池單體熱失控產(chǎn)氣的極限氧濃度。以該數據為基礎，通過(guò)提高惰性氣體濃度或降低氧濃度進(jìn)行抑爆設計，可以有效預防爆炸風(fēng)險，提高儲能電站等應用場(chǎng)景的安全性。