废旧锂离子电池热失控火灾特性及灭火设计文献综述

 2021-10-27 10:10

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文 献 综 述1.研究背景随着我国对环保的问题越来越重视,以及锂离子电池生产成本的大幅降低,采用锂离子电池作为新能源代替传统能源已成为我国迈出低碳经济的第一步,广泛应用于交通领域、储能领域等。

据相关数据统计,2018年我国共生产121.14亿只锂离子电池,相比2010年的26.87亿只增长约4.5倍,其中得益于电动(汽)车的发展,动力电池异军突起,由2014年的占比14.72%增长至2017年的41.34%,同时锂离子电池储能也由2016年的168 MW将大幅增长至2020年的1320 MW[1-3]。

虽然锂离子电池的大规模应用改善了环境,实现了低碳、节能、 环保等有益效果,但随之而来的安全问题却是不容忽视的[4-9]。

在电动自行车领域,2013年以来,全国因电动自行车火灾死亡233人,其中引发较大以上亡人火灾34起、死亡142人[10,11];在电动汽车领域,2015年国内发生新能源汽车起火事故14起,2016年29起,2017年14起,2018年40余起,其中最严重的当属北京蟹岛大火,涉及近90辆新能源客车,火灾损失上亿元[12,13];在储能领域,2017年8月以来,韩国一共有21宗储能电站起火事件发生,4月19日美国亚利桑那州发生电池储能项目爆炸,直接导致4名消防员受伤,其中两名重伤,我国2017年以来我国也发生了多起火灾,如山西某电厂及镇江扬中锂离子电池储能电站锂离子电池集装箱发生火灾并烧毁[14,15]。

2.研究意义在目前商业化锂离子电池的产品中,电池充放电过程往往伴随着热量的产生,如果电池在充放电过程中产生热量过大而又不能及时散发,随着充放电的进行则可能会由于热量的积累而导致电池性能发生显著劣化和衰退,当温度升高到电池内部隔膜熔融,正负极短路,电池将有可能产生爆炸等危险[16-19]。

因此对电池在充放电过程中的产热规律及热失控行为进行研究对考察电池安全性至关重要。

随着锂离子电池的广泛使用,一方面对电池的寿命、安全要求逐渐提高;另一方面,电池的梯次利用也需要考虑电池的安全特性。

因此,亟需研究全生命周期电池的安全特性,明确电池在全生命周期的安全边界条件及能效关系。

到目前为止,针对新电芯的热特性研究很多,但很少有研究老化对电池安全性的影响。

所以对于老化到一定程度后的废旧锂离子电池的相关研究是很有意义的,该研究可以为废旧锂离子电池的收集、运输、储存、梯次利用及处置提供安全基础数据。

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