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低压力双流体细水雾抑制受热三元锂电池灾变行为研究

低压力双流体细水雾抑制受热三元锂电池灾变行为研究

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作者：曾祥淑中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

为削减气体、高压细水雾等灭火剂抑灭锂电池火灾导致二次灾害的短板问题,本文研究了低压双流体细水雾抑制遇热滥用锂电池灾变行为问题。选用中小型储能系统常用的三元锂电池为对象,研究低压双流体细水雾对锂电池在热失控前不同温度下(9... 详细信息

为削减气体、高压细水雾等灭火剂抑灭锂电池火灾导致二次灾害的短板问题,本文研究了低压双流体细水雾抑制遇热滥用锂电池灾变行为问题。选用中小型储能系统常用的三元锂电池为对象,研究低压双流体细水雾对锂电池在热失控前不同温度下(90℃、145℃和200℃)的产热抑制效果、电性能防护和材料衰变抑制的影响,主要结论如下:(1)低压双流体细水雾具有较好的抑制电池热灾变行为的性能。在90℃、145℃和200℃下分别施加双流体细水雾,遇热滥用电池热源温度分别降低18℃、33℃和16℃,池体直接受热大面温度分别降低15℃、17℃和26℃,池体非直接受热大面温度分别降低38℃、43℃和31℃;分析双流体细水雾吸热降温过程,发现在降温过程中热源温度和池体直接受热大面的降温速率明显,降至常温时间缩短了4倍左右;就抑制温升过程而言,施加细水雾后电池的峰值温度会大幅度降低,电池受热大面的温升速率也会大幅度降低,电池达到200℃时温升速率下降尤为明显。(2)低压双流体细水雾具有抑制遇热滥用电池电灾变行为的性能。遇热滥用锂电池施加细水雾后,锂电池电性能有一定程度的提升,不同温度下锂电池充电容量分别提升4.87%、41.17%和62.30%,放电容量分别分别提升了5.66%、43.25%和62.98%,充放电效率分别提升0.85%、4.36%和5.57%;分析发现,施加细水雾可在一定程度上降低电池的电阻并提升电池的电压;而且电池隔膜虽遇高温收缩且变薄,电池出现微弱短路,但不同温度下有些差异。(3)低压双流体细水雾具有抑制电池材料衰变行为的性能。施加细水雾后,90℃时极耳处锂电池未鼓包,145℃和200℃分别减少0.01 cm和0.15 cm;经拆解分析发现,锂电池正负极的四氧化三钴明显减少,石墨脱落程度减小,物理破损程度缩小;电池正极层状结构明显改善,镍锂混排程度较小,有序性较高,电池负极材料002石墨间距变小,半峰宽FWHM(002)提升;电池正极晶粒尺寸变大,破碎程度减少,负极石墨上产生的附着物减少;锂电池正极O元素、Mn元素和Ni元素的质量百分比增多,Co元素的质量百分比保持不变,负极C元素、O元素和F元素的质量百分比增多。综上,低压双流体细水雾可有效防护遇热电池的热灾变、电行为灾变和材料性能衰减,具有一定的削减遇热滥用锂电池灾变功能。

关键词：低压双流体细水雾灾变行为产热电行为材料衰变

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