【摘 要】
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锂离子电池已广泛应用于众多领域,然而锂电池储存和使用过程中热失控给使用者造成很大的威胁,特别是电池重复充放电后,电池不断老化,锂电池发生热失控的风险增加。本文利用自主设计实验平台,研究细水雾压力、添加剂浓度和种类对不同循环次数锂电池热失控的抑制效果,其主要结论如下:18650型锂电池热失效过程一般包括加热、初爆、燃爆和降温四个阶段。随着电池循环次数的增加,锂电池质量越来越差,燃爆触发时间逐渐减少,
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锂离子电池已广泛应用于众多领域,然而锂电池储存和使用过程中热失控给使用者造成很大的威胁,特别是电池重复充放电后,电池不断老化,锂电池发生热失控的风险增加。本文利用自主设计实验平台,研究细水雾压力、添加剂浓度和种类对不同循环次数锂电池热失控的抑制效果,其主要结论如下:18650型锂电池热失效过程一般包括加热、初爆、燃爆和降温四个阶段。随着电池循环次数的增加,锂电池质量越来越差,燃爆触发时间逐渐减少,燃爆后电池表面温度降低,火焰温度降低。除此之外,循环次数达到20次锂电池燃烧最为剧烈,火焰面积最大。利用现有设备搭建的实验平台展开不同压力细水雾对0次和20次循环18650型锂电池燃爆抑制效果实验研究。发现对于新锂电池,0.20-0.25MPa压力细水雾综合抑制效果比0.10-0.15MPa、0.30MPa细水雾要好;对于20次循环锂电池,0.25-0.30MPa细水雾综合抑制效果比0.10-0.20MPa细水雾要好,0.25MPa细水雾雾滴SMD粒径在71.3μm左右对18650型锂电池燃爆抑制效果最好。不同添加剂细水雾对不同循环次数锂电池热失效行为,表现不同的抑制效果。十二烷基苯磺酸钠（SDBS）可以提高细水雾的吸热能力,1.5%SDBS的添加量可明显增强细水雾对0次和20次循环锂电池火焰的抑制效果。氯化钠解离出的离子会与燃烧反应链中的自由基相结合,从而抑制链式反应进行。1.0%氯化钠的添加量可明显增强细水雾对0次和20次循环锂电池火焰抑制效果。蛋白质通过吸热热分解产生惰性气体,以及高温分解氧化脱水生成炭化层隔绝空气的方式协同细水雾抑制锂电池燃爆。1.5%蛋白质的添加量可明显增强细水雾对0次和20次循环锂电池燃爆抑制效果。不同添加剂对同样的锂电池燃爆的抑制效果也是不同。对20次循环锂电池,电池发生一定程度的老化,燃爆发生最剧烈,1.0%氯化钠细水雾化学作用与冷却吸热作用协同抑制且氯化钠化学作用起主导,有效抑制电池火焰燃烧和内部化学放热反应。对40次循环锂电池,老化程度增大,燃爆发生时火焰面积相对较小、火焰温度相对较低,这时细水雾的冷却吸热作用起主要抑制作用,1.5%SDBS的加入使得细水雾雾滴粒径减小且同时浸润作用加强,使得细水雾能够充分发挥其冷却吸热作用抑制效果最好。对于0次循环的新电池三种添加剂均显示出较好的抑制作用,其中1.5%蛋白质细水雾对新电池火焰的抑制效果明显。利用Fluent软件模拟不同抑制剂抑制锂电池热失效实验,不同抑制剂对单节和多节锂电池温度的抑制效果为:CO2-细水雾>N2-细水雾>细水雾>CO2>N2,针对单节电池和多节电池CO2-细水雾的抑制效果最佳。针对多节锂电池热失效过程,细水雾、CO2-细水雾和N2-细水雾对电池热失效过程热量的传递具有抑制作用,可减少热失效的传播。
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