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目前,高效清洁扑灭锂离子电池火灾仍为技术难题。本工作研究了不同剂量全氟己酮(C6F12O)抑制300Ah 磷酸铁锂(LFP)电池火灾的抑制效果,建立了基于灭火效果、降温效果及体系毒性的C6F12O剂量筛选模型。本工作为高效清洁抑制锂离子电池火灾提供了理论支撑。
研究内容
中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室王青松课题组采用100%SOC的300Ah动力LFP锂离子电池作为研究对象,使用加热的方式触发电池热失控。灭火剂用量根据不同灭火浓度设计,实验中采集了热释放速率、电池温度、毒性气体(HF、CO等)浓度等关键数据。
研究结果与讨论
论文系统性地研究了不同剂量C6F12O扑灭磷酸铁锂电池的灭火效能,研究发现:
(1)本研究中,所选定的C6F12O剂量均可有效扑灭LFP锂离子电池的火灾,抑制300Ah单体磷酸铁锂电池火灾的C6F12O临界用量为10.20 ± 3.80g。
图1 使用及不使用C6F12O时,电池的燃烧行为。电池燃烧主要分为三个特征阶段:(I)加热与安全阀打开(II)稳定燃烧阶段(III)射流火及高效抑制
(2)C6F12O的施加可以高效降低电池的燃烧热,并可快速冷却电池。但研究结果表明,对于单体磷酸铁锂电池,C6F12O的化学抑制效果在灭火剂用量较高时趋于饱和,但此时仍可发挥较好的物理冷却效果。
图2 施加及不施加C6F12O时电池的热释放速率(HRR)图3 施加及不施加C6F12O时电池表面温度变化
图4 实验后电池正极的扫描电镜图像(a)新鲜100%SOC电池(b)未施加抑制下热失控(c)2.2kg C6F12O抑制(d)4.2kgC6F12O抑制(e)6.1kg C6F12O抑制(f)7.7kg C6F12O抑制
(3)研究基于电池热失控的短时毒性暴露特性,修正了MFED模型,并基于灭火效果、降温效果及体系毒性,提出了综合考虑三者的C6F12O用量筛选模型。在本工作的实验条件下,对于LFP锂离子电池,归一化的较优C6F12O用量为2.9 g/Wh。
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