著作出处：1.国网江苏电力策画斟酌有限公司；2.中国科学工夫大学火警科学国家中心尝试室；3.国网江苏省电力有限公司经济工夫琢磨院；0 弁言因为电池的选型和热设

著作出处：1.国网江苏电力策画斟酌有限公司；2.中国科学工夫大学火警科学国家中心尝试室；3.国网江苏省电力有限公司经济工夫琢磨院；

因为电池的选型和热策画的不对理，或者外短途导致电池的温度升高、电缆的接头松动能够会导致电池过热，进而激发热失控。

为了模仿该热失控工况，本琢磨采用加热的方法触发电池热失控。基于自修的锂离子电池热失控尝试平台，针对储能用大型锂离子电池热失控历程实行琢磨，目标正在于厘清磷酸铁锂热失控产气产热历程。该琢磨结果具有主要的工程与操纵代价，可认为锂电池的预警、平和防护、与消防策画供给主要的参考根据。

如图1和表1所示，尝试样品为储能用86Ah磷酸铁锂电池单体，尺寸为205mm×175mm×30mm，质料为1979.8g，额定电压为3.65V，容量为86Ah。采用功率为500W的加热板触发尝试电池热失控。加热板与电池两侧均安置导热系数较小的保温棉外侧用夹具夹紧，保温棉的效率其一是删除加热板-电池系统向外界的散热，其二是柔性挤压能够用来毁灭电池与加热板之间的接触热阻。

正在电池-加热板的系统中，一共安置六个温度测点：阔别位于电池加热面的中央，电池非加热面临角线三个地方，与电池泄压阀地方。同时为了测试热失控产朝气体温度，正在泄压阀正上方1厘米与6厘米处安置有两根热电偶。

锂离子电池热失控尝试平台的机闭如图2所示，除了测温装备，正在尝试平台外设有高清摄像装备用于搜集热失控历程中的视频素材。采用天平及时搜集电池与加热板系统的质料变动。当泄压阀翻开后，出现大批气体，风机出现的负压使得电池出现的气体经递次颠末稳流叶片,FTIR测点，氢气探头探点，末了排出到外界情况。FTIR与独立的氢气探头能够对热失控产气品种与产度量实行及时的监测。稳流叶片的效率正在于将集烟罩搜集的热失控气体匀称夹杂，从而担保FTIR探点与氢气探头的探测精确性。

将目的电池正在室温下，以42A的电流充电至3.65V时转为恒压充电，至充电截至电流降至4.2A后勾留充电，静置一小时，再以42A的电放逐电至2.0V.轮回三次后再次按上述手法将电池充放电至目的状况。之后递次翻开风机、FTIR、氢气探头、摄像机、热电偶、天平，末了翻开加热板开闭，恭候电池泄压阀翻开后，合上加热板。

针对储能用磷酸铁锂电池热失控作为，要紧从热失控尝试景色，电池温度变动与质料亏损，产气明白三个角度对所有热失控历程实行描摹与明白。

正在全尺寸燃烧测试平台的根柢上，本琢磨对电池的热失控作为实行了拍摄纪录。将100%SOC电池的热失控作为分为以下三个阶段图4所示：

第二阶段：正在839s，电池泄压阀遽然翻开，此时合上加热板。电池产生嘶鸣声，并同时喷发大批白雾。该白色烟雾应当要紧是由电解液小液滴构成。随后电池出现大批白色烟气，烟气逐步弥散正在所有腔体，腔体内部的可睹度逐步低落，正在1013s时，尝试平台腔体内部齐全充分着白色烟雾，可睹度切近为0。

第三阶段：正在1104s，电池温度先导消重，电池与加热板系统的质料不产生明白变动。尝试平台腔体内部的烟气逐步被风机抽走，内部的可睹度逐步进步。

当电池的温度达到112℃时，因为电池内部的压力远巨大于大气压，内部气体喷发的倏得，因为喷发射流的后坐力，产生超重景色，电池下方的电子天公道在效率力效率下纪录下这一景色，如图4（a）所示。履历283s后，所有热失控历程下场，峰值温度能够到达353℃，所有电池的质料亏损到达400.1g，亏损质料占所有电池的质料的20.2%。

如图4（b）所示，正在初始阶段，正在电池上方1cm的地方，该处的温度衡量温度逐步上升，这是因为高温的电池对该处的热电偶具有辐射加热的效率；正在第二阶段，通过图4能够看出，当泄压阀刚翻开时，泄压阀上方的温度就切近200℃而电池的温度惟有112℃，此时喷出气体的温度高于电池外观温度，以后，正在热失控后期，喷出气体的温度平素庇护正在200℃至250℃之间，而电池外观的温度显示指数上升，逐步高出气体温度。正在热失控后期，泄压阀顶部1cm处的温度低于外观温度能够因为以下原由酿成因为热失控历程出现了大批的气体，高速活动的气体卷吸了情况中大批的冷气氛，使得喷出气体温度迅疾消重，酿成衡量气体温度低于外观温度。

为了加倍深切地接头热失控的机理，对热失控历程中测得的温度实行了一阶求导，取得电池的温升速度。如图6所示，文献中凭据温升速度对待热失控历程的划分。与行使加快量热仪的温度弧线分别，本文中尝试是通过加热的办法触发电池热失控，于是无法得回自放热温度；而tⅠ与tⅡ阔别为108.3℃与109.9℃，这两个温度简直重合，这是因为加热板的存正在加快了电池内部的响应，使得所有热失控历程时辰更短。当电池外观的温度高出该温度时，合上加热板，电池内部的热失控链式响应迅疾实行，温度速捷升高至tmax。

正在加热初始阶段，温度的上升是个怠缓的历程，温升速度较小，初始阶段的所有温升速度正在0-0.1℃/s动摇。因为图5(a)纵坐标为对数坐标，于是会出现较众噪点。同时察看到温升速度显现两个峰值，第一个峰值显现正在温度110℃操纵，第二个峰值显现正在温度为225℃操纵，能够由以下两个原由所致：

1）温升速度显现两个峰值能够是因为热失控链式的放热响应存正在两个放热峰值。基于本课题组之前的琢磨，制备了磷酸铁锂资料系统小型纽扣全电池实行了C80微量量热明白，采用去卷积的手法对取得的热流实行分峰，求出了电池系统内资料之间分别响应对总热量的孝敬。全电池总热流的结果与大标准的温度峰值结果相仿，都显示出两个峰值，个中第一个热流峰值是因为正负极接触产生内短途出现焦耳热导致的，第二个热流峰值是因为电极资料剖析酿成的。值得留心的是，C80取得的热流峰值温度要高于温升速度所对应的峰值温度，这是因为尝试的温度测点位于电池的外观，而C80的测试要紧用来表征电池内部的热流随温度的变动情状；

2）热失控出现大批高温气体从电池内部喷射，带走大批热量，也有能够导致了升温速度的消重。如图5所示，130℃是质料亏损速度先导逐步增大的温度点，133℃与143℃阔别对应着质料亏损速度的两个峰值温度，正在峰值温度邻近，大批高温高焓气体从电池中射出，带走大批热量。同时，这三个温度点相邻较近况且对应着温升速度的两个峰值之间的波谷。于是，大批喷出的高温高焓的气体也能够是酿成温升速度低落的原由。

除了温度变动和质料亏损，产气也是电池热失控主要特性之一。针对电池热失控的产气，运用FTIR和氢气探头实行监测，检测到要紧出现的气体为氢气、氨气、甲烷、乙烯、一氧化碳和二氧化碳。热失控产气响应要紧是因为电极的活性物质，嵌入的活性锂离子，粘结剂，SEI膜，电解液与隔阂，这些响应物正在高温下的响应惹起的。笔者针对这些气体的出处实行了梳理与总结。

一氧化碳是一种有毒无益气体，于是其天生机制尤为主要。一氧化碳的要紧出处是因为二氧化碳被负极活性锂离子还原天生碳酸锂和一氧化碳，其化学响应下所示

除了二氧化碳被还原，电解液正在高温要求下也容易被负极活性的锂离子还原[12,13]天生一氧化碳：

粘结剂与锂离子之间的响应被以为是氢气的主要出处之一。当温度高出230℃，负极上的石墨颗粒零落使得金属锂与粘结剂直接接触。而粘结剂常用的资料为聚乙二烯（PVdF）和羧甲基纤维素(CMC)，正在高温要求下，PVdF，CMC会与金属锂直接接触产生的响应，如(5)与(6)所示：

同时对所有历程产气历程实行了积分估量，取得了所有历程中各种气体的出现体积比，如图7（b）所示，二氧化碳和氢气正在热失控气体中攻陷要紧名望，阔别攻陷30.15%与39.5%。

本文针对储能用86Ah磷酸铁锂电池实行了热失控尝试，取得了该电池热失控历程中的温度变动，质料亏损，与产气组分。

1)通过对温度数据实行明白，取得了该电池的热失控历程中的温升速度，治理取得的温升速度显现两个峰值,第一个峰值显现正在温度110℃操纵，第二个峰值显现正在温度为225℃操纵。能够有如下两个原由导致了这两个温升速度峰值：a.热失控响应的两个热流峰值导致了两个温升速度的峰值；b.大批高温的产气从电池内里喷出使得电池温升速度的低落，然后产热响应加倍热烈进一步导致了温升速度的进步。

2)通过FTIR数据取得了磷酸铁锂电池热失控产朝气体的品种与总量，同时对产朝气体的出处实行了梳理，正在全体产气品种中，二氧化碳和氢气正在热失控气体中攻陷要紧名望，两者阔别占比30.15%与39.5%。粘结剂与锂离子之间的响应是氢气的主要出处之一，而二氧化碳的出现要紧来自于SEI膜与活性物质之间的响应。

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