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鋰電池熱失控產氣極限氧濃度研究

  • 發布時間:2022-07-14
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前言

鋰離子電池熱失控過程會產生由多種可燃組分構成的混合氣體,這種熱解氣一旦被點燃會出現不可控的嚴重后果。測定鋰電池熱失控產氣的爆炸極限與極限氧濃度,可為儲能電站等爆炸性環境的氧濃度控制提供理論依據,有效預防爆炸和火災事故;也可為地下車庫等應用場景的通風設計提供數據支持,提高公共安全性。


2021年1月12日上午6時23分(韓國當地時間)蔚山南區SK能源公司發生火災, 一幢三層電池儲能大樓被燒毀


本次實驗選擇應用于儲能站的265Ah磷酸鐵鋰電芯,通過人工配氣模擬其熱失控所產生的混合氣體,并使用仰儀科技HWP21-30S型爆炸極限試驗儀進行產氣爆炸特性研究。實驗結果表明,常溫常壓下電池產氣的爆炸下限(LEL)為6.80%,爆炸上限(UEL)為40.63%,極限氧濃度(LOC)為7.50%。


實驗部分

1. 樣品準備

(1)氮氣:純度不低于99.8 %(體積分數)。

(2)待測混合氣體:成分比例如下圖,用以模擬磷酸鐵鋰電芯熱失控所產生的混合氣體。


圖1 混合氣體組分含量


2. 實驗條件

實驗儀器:仰儀科技HWP21-30S爆炸極限試驗儀

試驗模式:氣體試樣試驗

容器體積:5L

環境壓力:101.29kPa

攪拌時間:5min

點火溫度:20℃

二次控溫:是


圖2 (a) HWP21-30S爆炸極限試驗儀; (b) 實驗裝置現場圖


3. 測試方法

(1)爆炸極限測定

參見GB/T 21844-2008 化合物(蒸氣和氣體)易燃性濃度限值的標準試驗方法;GB/T 12474-2008空氣中可燃氣體爆炸極限測定方法。

(2)極限氧濃度測定

參見GB/T 38301-2019可燃氣體或蒸氣極限氧濃度測定方法。


實驗結果

1. 燃燒判定標準

根據GB/T 21844-2008 化合物(蒸氣和氣體)易燃性濃度限值的標準試驗方法中提到的火焰的傳播的定義:在本試驗中,火焰前沿從點火源向上或向外到達器壁或至少離器壁13mm處的運動過程。向外擴散運動說明火焰前沿存在水平分量。