關(guān)于動力電池火災(zāi)及防護(hù)的分析研究
“鋰離子電池?zé)崾Э匾坏┌l(fā)生，很難終止其反應(yīng)，可在熱失控發(fā)生初期進(jìn)行階段性預(yù)警?！敝袊茖W(xué)技術(shù)大學(xué)教授汪箭在行業(yè)研討會上如是說。會上，他分析了新能源汽車動力電池火災(zāi)成因，并提出防護(hù)措施。
鋰離子電池?zé)崾Э厥鹿试蚍治?br/>
近年來，鋰離子電池?zé)崾Э匾l(fā)的安全事故不在少數(shù)，其中波音787飛機(jī)、特斯拉電動汽車、三星Note7手機(jī)等事故的影響尤為廣泛。
根據(jù)不完全統(tǒng)計，近年來特斯拉在全球各地發(fā)生了多起車輛起火事故，.包括碰撞后起火、充電過熱起火、行駛自燃等。特斯拉鋰離子電池組橫跨車輛基座，一旦熱失控發(fā)生，會波及全車，特斯拉通過在底盤加裝鈦合金防護(hù)罩等措施來提高車輛的安全性。
另外像三星Note7事件，主要是電池缺陷造成內(nèi)部短路引發(fā)爆炸，而波音787飛機(jī)也發(fā)生過因?yàn)殡姵貎?nèi)短路，過熱導(dǎo)致起火。
汪箭表示，鋰離子電池事故的主要原因是熱失控導(dǎo)致的火災(zāi)和爆炸，表現(xiàn)形式為噴射、燃燒、爆炸，伴隨有毒有害氣體。他表示，目前缺乏對鋰離子電池有效的滅火技術(shù)，從鋰離子電池本身的屬性看，即使短暫撲滅，其復(fù)燃性也非常高。所以鋰離子電池一旦發(fā)生熱失控，想要防控是比較難的。因此，分析鋰離子電池?zé)崾Э匕l(fā)展過程，研究電池內(nèi)部可燃組件熱安全性，提出預(yù)警、防護(hù)、抑制措施，對熱失控災(zāi)害的防控具有重要意義。
鋰離子電池?zé)崾Э嘏c大氣壓強(qiáng)、電池數(shù)量、過充條件的關(guān)系研究
汪箭表示，熱失控發(fā)展有多個階段，熱失控一旦發(fā)生，通常被認(rèn)為是不可逆的。研究表明，海拔高度對鋰離子電池?zé)崾Э貢酗@著影響，高海拔環(huán)境下，同等受熱條件下，其熱失控發(fā)生時間相對于低海拔環(huán)境下會提前。也就是說，從人員安全的角度看，如果制定標(biāo)準(zhǔn)需要考慮高海拔條件，否則一旦電池發(fā)生熱失控，可能對高海拔環(huán)境下人員的逃生有不利影響。
通過研究電池組熱失控行為，監(jiān)測點(diǎn)火時間、質(zhì)量損失、熱釋放速率和火焰溫度等參數(shù)的變化情況發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量損失與電池數(shù)量之間存在線性關(guān)系，而電池組的熱釋放量與電池數(shù)目之間是指數(shù)增長關(guān)系。
過充條件下三元鎳錳鈷NMC電池與磷酸鐵鋰LFP電池的熱失控實(shí)驗(yàn)(充電截止電壓分別為：4.2V、4.5V、4.8V、5.0V)結(jié)果表明，過充加劇熱失控危險性。
汪箭對以上研究進(jìn)行了簡單小結(jié)。他表示，鋰電池?zé)崾Э噩F(xiàn)象可分為幾個階段，盡管熱失控難以避免，但利用不同階段的特征可對熱失控現(xiàn)象進(jìn)行階段性預(yù)警。
鋰離子電池可燃組件熱安全性研究
汪箭還列舉了電池內(nèi)部可燃組件如隔膜、電解液和電解液與電極材料混合體系的熱安全性研究結(jié)果。電解液燃燒特性的研究結(jié)果表明，電解液的質(zhì)量損失速率均值和峰值都與壓力呈正指數(shù)關(guān)系;正極材料與電解液體系的研究表明，鎳含量高的正極材料會促進(jìn)氧氣生成并降低電池的熱安全性，且截止電壓越高，電池反應(yīng)活性越大，然而，電解液添加劑對電池安全性的影響不明顯。
動力電池火災(zāi)防護(hù)措施——冷卻作用、隔熱作用、窒息作用
汪箭表示，通常的滅火手段主要為冷卻、隔熱、窒息和終止化學(xué)反應(yīng)。
冷卻：電動汽車?yán)鋮s系統(tǒng)通常是為了維持穩(wěn)定的動力電池工作環(huán)境。希望利用電池管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，在熱失控發(fā)展初始階段，利用冷卻系統(tǒng)對動力電池工作環(huán)境進(jìn)行速冷降溫，以控制熱失控傳播速度。
隔熱作用：應(yīng)用耐火阻燃隔熱涂層，即可以提高電池組抵抗外部火焰的能力，也能在電池發(fā)生燃燒時延緩火勢蔓延。如波音787飛機(jī)的電池組8個單元之間，加上隔熱層，限制熱失控的傳播。
窒息作用：再以波音事件為例，波音787飛機(jī)的電池放進(jìn)更堅固的鋼質(zhì)箱子里，起到隔絕外部氧氣和限制火勢蔓延的作用。
汪箭最后總結(jié)道，鋰離子電池?zé)崾Э匾坏┌l(fā)生，很難終止其反應(yīng)，可在熱失控發(fā)生初期進(jìn)行階段性預(yù)警，可以采取不同防護(hù)手段抑制熱失控的傳播，如強(qiáng)化電池冷卻系統(tǒng)、覆蓋隔熱層、隔絕空氣窒息作用等。同時通過對隔膜、電解液、電極材料等可燃組件進(jìn)行改性，也可抑制熱失控過程中的鏈反應(yīng)，提高鋰離子電池的安全水平。