鋰電池由于其高能量密度、良好的循環(huán)性能被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦等便攜性設(shè)備。隨著新能源的推廣，電池也逐步應(yīng)用于諸多大型設(shè)備如電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站，甚至于和國際空間站等。然而電池本身在高溫環(huán)境下具有不穩(wěn)定性，一旦電池發(fā)生熱失控，可能會(huì)引發(fā)周圍電池的連鎖熱失控，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

研究內(nèi)容

火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王青松課題組綜合考慮電池實(shí)際應(yīng)用中的兩種排列方式，分別對(duì)其熱失控傳遞行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過對(duì)底部中間電池加熱，致使電池?zé)崾Э兀玫街車姵卦谠撌Э仉姵氐挠绊懴碌臏囟忍匦院腿紵袨椤?/p>

電池組菱形和平行排列

實(shí)驗(yàn)研究得到以下一些重要結(jié)論：

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

點(diǎn)擊詳情

（1）失控電池火焰對(duì)周圍電池的火焰沖刷對(duì)電池?zé)崾Э貍鬟f出現(xiàn)重要用途，但使得周圍電池?zé)崾Э夭痪哂幸话阋?guī)律性。平行排列電池在底部受熱條件下，電池表面溫度到達(dá)120~140℃區(qū)間會(huì)發(fā)生起火燃燒。然而，菱形排列電池，在僅受底部熱失控電池火焰用途下，使3#電池和4#發(fā)生著火的表面溫度出現(xiàn)在185℃和78.5℃。

（2）火焰沖刷下的電池，即使火焰熄滅仍具有一定的爆炸隱患。在所有電池火焰熄滅后的20分鐘，1#電池和4#電池溫度穩(wěn)定在120至130℃區(qū)間并穩(wěn)定上升的"陰燃"階段，之后4#電池和1#電池突然相繼發(fā)生爆炸。

菱形排列電池組熱失控傳播實(shí)驗(yàn)電池表面溫度變化曲線

菱形排列電池組熱失控傳播實(shí)驗(yàn)電池近火焰區(qū)溫度變化曲線

平行排列電池組熱失控傳播實(shí)驗(yàn)電池表面溫度變化曲線

無人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備

點(diǎn)擊詳情

平行排列電池組熱失控傳播實(shí)驗(yàn)電池近火焰區(qū)溫度變化曲線

為解釋該電池"陰燃"階段和電池?zé)崾Э貍鬟f行為，本文采用C80測量電池電極材料的熱流并使用兩個(gè)傳統(tǒng)熱爆炸模型（Semenov模型和Frank-Kamenetskii模型）對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。

通過各反應(yīng)熱流曲線可以得到電極材料反應(yīng)的熱物性參數(shù)。分別通過總反應(yīng)的熱物性參數(shù)求得各自模型的自加速分解溫度：SADTsem=126.1℃和SADTF-K=139.2℃。而實(shí)驗(yàn)中發(fā)生熱爆炸的電池表面溫度正好處于該兩極限模型條件下的溫度區(qū)間。根據(jù)本作者前篇文章的分析，正極材料的熱分解是導(dǎo)致電池發(fā)生熱失控的重要原因。因此又通過兩極限模型對(duì)正極材料導(dǎo)致電池?zé)崾Э氐淖约铀俜纸鉁囟冗M(jìn)行計(jì)算，分別求得為160.1℃（Semenov）和196.6℃（Frank-Kamenetskii）。意味著當(dāng)電池溫度達(dá)到這兩者溫度區(qū)間時(shí)，并未及時(shí)對(duì)電池進(jìn)行冷卻，電池將不可防止的發(fā)生熱失控。

成果簡介

小結(jié)：

本團(tuán)隊(duì)針對(duì)電池組熱失控傳遞行為，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了火焰沖刷對(duì)周圍電池造成的非規(guī)律性失控和火焰沖刷下導(dǎo)致的爆炸隱患及其之前的"陰燃"階段；為解釋失控傳播和"陰燃"階段，本團(tuán)隊(duì)分析了電池內(nèi)部電極材料的熱物性參數(shù)，并使用兩種極限熱失控模型對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，得到的計(jì)算結(jié)果符合電池?zé)岜ㄇ暗?quot;陰燃"階段溫度特性。本文為電池的大規(guī)模應(yīng)用及安全預(yù)案設(shè)計(jì)供應(yīng)了參考。但由于模型本身的局限性，無法較準(zhǔn)確的得出電池?zé)崾Э氐呐R界狀態(tài)。目前本團(tuán)隊(duì)已對(duì)模型進(jìn)行修正，首次得出針對(duì)電池?zé)崾Э氐呐R界判據(jù)和計(jì)算模型，該成果將在不久的將來公布，敬請期待!

相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表在AppliedEnergy上

黃沛豐博士為論文的第一作者，王青松為通訊作者

PeifengHuang,PingPing,KeLi,HaodongChen,JianaYe,QingsongWang*,JenniferWen,JinhuaSun.ExperimentalandmodelinganalysisofthermalrunawaypropagationoverthelargeformatenergystoragebatterymodulewithLi4Ti5O12anode.Appliedenergy183(2016)659–673.