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锂离子电池在开敞空间和腔室内燃烧特性研究
王青松课题 2020-10-16 次浏览
引言
锂离子电池因其良好的循环性能和较高的能量密度和得到广泛应用，但其易燃特性和引发的火灾危害也备受关注。已有研究中，锂离子电池燃烧实验常在缺乏点火和气体收集装置，电池往往燃烧不充分，且难以捕捉电池热失控启动时刻的影像。本研究设计了燃烧腔及点火装置，并开展了更为精细的锂离子电池燃烧实验，比较了不同条件下电池燃烧特性。
研究内容
分别在开敞空间和燃烧腔内加热电池至热失控燃烧，将之命名为OS实验和CC实验。在OS实验中，主要关注电池的火焰高度和形态。在CC实验中，设置了燃烧腔和高温电热棒；其中燃烧腔为高18cm，内径10cm的不锈钢管，用于收集溢出气体和固体喷射物；电热棒温度可达700oC，可点燃电池泄压阀打开和热失控时的气体产物，促进电池的充分燃烧。
图1. 有燃烧腔条件下的实验设计图
研究结果与讨论
a. OS实验
开敞空间实验中，电池火焰可能会被高速射流吹熄；未吹熄情形下，电池燃烧过程可分为几个阶段：火星喷射—多阶段火球及射流火—稳定燃烧—衰弱和熄灭。图2展示了锂离子电池燃烧过程，可观察到火球的旋转与分裂以及电极卷碎片的运动轨迹；P1和P2两个电极卷碎片的运动速度约30m/s。射流火焰高度随SOC增长而增长，当SOC由70%升高至100%，射流火焰高度增长至0.217m。
图2. 锂离子电池燃烧过程的高速影像
b. CC实验
图3. 有燃烧腔条件下的锂离子电池燃烧热测量及预测
表1. CC实验中标准化后的电池燃烧热