动力电池热失控特征及防控技术研究分析

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.01.015

摘要/Abstract

摘要：

近年来，锂离子电池热失控问题已成为抑制新能源汽车动力电池发展的主要瓶颈。本文针对新能源汽车动力电池热失控问题的研究展开了全面综述，阐述了锂离子电池热失控的诱因，介绍了锂离子电池热失控过程以及不同变量条件下锂离子电池的热失控特征。基于锂离子电池的热失控特征参数综述了适用于锂离子电池火灾的早期预警方法和火灾抑制方法，总结了目前新能源汽车动力电池热失控问题研究的不足和发展趋势，为新能源汽车动力电池领域的发展提供一定的参考。

关键词: 动力电池, 热失控, 火灾预警, 火灾抑制

Abstract:

In recent years， the thermal runaway problem of lithium-ion battery has become the main bottleneck restraining the development of power battery of new energy vehicles. In this paper， a comprehensive review of the research on the thermal runaway problem of the power battery of new energy vehicles is carried out， with the inducment of the thermal runaway of lithium-ion battery expounded and the thermal runaway process of lithium-ion battery and the characteristics of the thermal runaway of lithium-ion battery under different variable conditions introduced. Based on the characteristic parameters of thermal runaway of lithium-ion battery， the early warning methods and fire suppression methods applicable to lithium-ion battery fire are reviewed， and the shortcomings and development trend of the current research on thermal runaway of power battery of new energy vehicles are summarized， providing certain reference for the development of power battery of new energy vehicles.

Key words: power battery, thermal runaway, fire warning, fire suppression

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图/表 9

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表3

参考文献 80

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［16］	锂电池外形不同	棱柱型锂电池、圆柱型锂电池、扣式锂电池
［17］	负极材料不同	碳基锂电池、硅基锂电池、钛酸锂电池
［18］	正极材料不同	钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池

文献	研究对象	容量/（A·h）	滥用条件	起火时间/s	热失控持续时间/s	热失控最高温度/℃	温升速率/（℃·s^-1）
［19］	钴酸锂电池	2.2	电滥用	1 462	488	777.7	14.88
［20］	钴酸锂电池	2.6	热滥用	1 274	583	800.0	10.17
［21］	锰酸锂电池	17	电滥用	2 744	136	155.7	22.00
［21］	锰酸锂电池	17	热滥用			411.5	4.70
［37］	磷酸铁锂电池	86	电滥用	3 040	186	423.0	0.12
［37］	磷酸铁锂电池	86	热滥用	916	181	372.1	0.32
［38］	三元锂电池	30	电滥用	810	670	736.8	2.33
［34］	三元锂电池	25	热滥用	431	400	1 180.0	29.50
［36］	钛酸锂电池	40	电滥用	4 100	415	520.0	2.25
［36］	钛酸锂电池	40	热滥用			581.0	0.53
［36］	钛酸锂电池	40	电滥用+热滥用	281	639	541.0	2.59

灭火剂种类		灭火原理	优点	缺点
气体灭火剂	CO₂灭火剂	隔绝、稀释氧浓度	可扑灭明火，降低燃烧温度，缓解热失控爆炸	无法抑制电池内部链式反应和传播，灭火不彻底，易发生复燃
	七氟丙烷灭火剂	受热分解吸收热量且产生的含氟自由基可以阻断链式燃烧反应	能够快速扑灭电池外部明火，灭火残留物少	成本较高，且灭火过程中会产生大量有毒有害气体，易发生复燃
	全氟己酮灭火剂	快速汽化吸收热量，快速分解成氟化烷自由基阻断链式燃烧反应	绝缘性能好，有效抑制锂离子电池火灾，不易发生复燃	成本较高，且灭火过程中会产生有毒物质
干粉灭火剂	ABC粉灭火剂	冷却、隔绝、稀释和化学抑制	可以抑制电池明火的链式燃烧反应	降温效果不明显，存在极高的复燃风险
水基型灭火剂	水	隔绝、吸热、降温	环境友好、冷却性能好	剂量消耗大、存在短路风险
	泡沫灭火剂	泡沫层析出的水在锂电池表面形成一层水膜，隔绝空气	能够有效包覆电池模组	难以渗透到模组内部，无法有效抑制电池组内热失控传播
	细水雾灭火剂	冷却、隔绝、稀释氧浓度	环境友好、冷却性能好、剂量消耗小	灭火剂覆盖均匀性差，易产生有毒有害气体
气溶胶灭火剂	热气溶胶灭火剂	化学抑制，惰性气体稀释氧浓度	密闭空间内灭火迅速	降温效果不明显，易发生复燃
气溶胶灭火剂	冷气溶胶灭火剂	超细灭火微粒化学抑制作用	密闭空间内灭火迅速	降温效果不明显，高温烟雾污染电池

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