若锂电池单体在某种诱因下发生热失控,电池材料将发生一系列剧烈的化学反应,产生大量热量以及可燃、有毒的气体,导致电池因内部温度、压力急剧升高而炸裂,可燃气体随之泄露,在高温下遇到外界空气引起剧烈燃烧,形成射流火或燃爆火球,从而引起周围其他单体的失控,引发安全事故。
图2 某锂离子电池产气成分色谱分析结果
经过计算可得该电池产气的爆炸下限LFL=33.02%。
如图3所示,本案例使用爆炸极限试验仪(仰仪科技HWP21-30S型)对混合气的爆炸极限进行测试。通过该仪器可自动配气,根据点火后的闪燃现象可判断设定浓度下样气是否已达到爆炸极限。
图3 (a) 电池产气爆炸极限测试现场图
实验录像:(b) 浓度30%
实验录像:(c) 浓度40%
实验录像:(d) 浓度35%
实验录像:(e) 浓度32.5%
根据上述结果,该电池产气的爆炸下限LFL范围为32.5%-35%,其中32.5%浓度下爆炸较为微弱,该浓度与爆炸下限值已非常接近。同时,实验值与理论计算值的符合程度较高,也相互印证了上述结果的可靠性。
本案例相对完整地阐释了电池产气爆炸极限测试方法,虽然实验结果较好,但实验本身仍存在一定的局限性。例如,锂电池热失控需在惰性气体氛围中发生,但大量惰性气体引入将导致电池产气LFL增大;另外,爆炸极限测试压力条件目前尚不明确,常压或高压下LFL的测试结果略有差别(高压测试需使用高温高压爆炸极限测试仪)。上述问题有待行业内专家共同探讨,推动相关测试标准的建立。
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