锂电池热失控产气极限氧浓度研究

  • 发布时间:2022-07-14
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前言

锂离子电池热失控过程会产生由多种可燃组分构成的混合气体,这种热解气一旦被点燃会出现不可控的严重后果。测定锂电池热失控产气的爆炸极限与极限氧浓度,可为储能电站等爆炸性环境的氧浓度控制提供理论依据,有效预防爆炸和火灾事故;也可为地下车库等应用场景的通风设计提供数据支持,提高公共安全性。


2021年1月12日上午6时23分(韩国当地时间)蔚山南区SK能源公司发生火灾, 一幢三层电池储能大楼被烧毁


本次实验选择应用于储能站的265Ah磷酸铁锂电芯,通过人工配气模拟其热失控所产生的混合气体,并使用仰仪科技HWP21-30S型爆炸极限试验仪进行产气爆炸特性研究。实验结果表明,常温常压下电池产气的爆炸下限(LEL)为6.80%,爆炸上限(UEL)为40.63%,极限氧浓度(LOC)为7.50%。


实验部分

1. 样品准备

(1)氮气:纯度不低于99.8 %(体积分数)。

(2)待测混合气体:成分比例如下图,用以模拟磷酸铁锂电芯热失控所产生的混合气体。


图1 混合气体组分含量


2. 实验条件

实验仪器:仰仪科技HWP21-30S爆炸极限试验仪

试验模式:气体试样试验

容器体积:5L

环境压力:101.29kPa

搅拌时间:5min

点火温度:20℃

二次控温:是


图2 (a) HWP21-30S爆炸极限试验仪; (b) 实验装置现场图


3. 测试方法

(1)爆炸极限测定

参见GB/T 21844-2008 化合物(蒸气和气体)易燃性浓度限值的标准试验方法;GB/T 12474-2008空气中可燃气体爆炸极限测定方法。

(2)极限氧浓度测定

参见GB/T 38301-2019可燃气体或蒸气极限氧浓度测定方法。


实验结果

1. 燃烧判定标准

根据GB/T 21844-2008 化合物(蒸气和气体)易燃性浓度限值的标准试验方法中提到的火焰的传播的定义:在本试验中,火焰前沿从点火源向上或向外到达器壁或至少离器壁13mm处的运动过程。向外扩散运动说明火焰前沿存在水平分量