受限空间锂离子电池组火灾烟气扩散及处理方案文献综述

 2021-10-27 10:10

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1.研究背景锂离子电池作为一种新能源,由于其质量较轻、能量密度大、没有记忆效应等优良品质被广泛应用于电动工具、数码产品、航空航天、国防军事等领域,其中三元锂离子电池以其较高的能量密度和较低的制作成本被应用到纯电动汽车、混合动力汽车及储能系统中,并且被认为是未来发展的趋势[1-3]。

锂离子电池虽然性能优越,应用较广,但也存在着严重的安全问题,最主要的问题就是电池热失控引发的燃烧和爆炸[4]。

一旦发生锂离子电池热失控,不仅会促使电池升温,引发火灾、爆炸事故,还会引发电池组中热失控多米诺骨牌效应的发生[5-6]。

锂离子电池热失控引发的火灾爆炸事故屡见不鲜,不仅会导致严重财产损失,还会产生大量烟雾,刺激人体呼吸道、眼睛和皮肤[7-9],甚至会导致人体中毒或窒息,严重危害人的生命安全,在受限空间内该问题尤为突出。

因此,为了降低受限空间锂离子电池组火灾的危害程度,研究锂离子电池组燃烧后的烟气成分,从而分析其危险性,并针对该类型烟气采取一定的排放、净化措施,达到减少其对人体的伤害和绿色环保排放的目的,具有重要的现实意义和科学价值。

2.研究意义受限空间内的锂离子电池组火灾相对于敞开环境的危险性更大,主要体现在以下两个方面: (1)锂离子电池组燃烧都会产生一系列的有毒气体,主要包括一氧化碳、氯化氢、二氧化硫、氟化氢等[10,11,12],当锂离子电池组火灾得到控制后,在受限空间内,这些气体大多依然存在,不仅会对人造成严重的伤害,还可能会致使火灾再次发生,因此将锂离子电池组燃烧后产生的烟气及时排除,就会降低锂离子电池组燃烧的危害程度。

(2)锂离子电池组热失控产生的泄气以及锂离子电池组燃烧产生的烟气直接排放均会对环境产生严重的污染,因此对排出的气体进行一定的净化、处理再排放,具有重大的环保意义。

目前锂离子电池组处于受限空间的应用越来越广泛,例如锂离子电池的航空运输、新能源汽车的动力装置(特斯拉新能源汽车就采用7000节18650锂离子电池作为动力装置)、锂离子电池组仓库储存等,因此,研究受限空间锂离子电池组火灾烟气扩散以及处理具有重大的意义。

3.研究现状3.1 锂离子电池组燃烧产生烟气的研究RIBIERE等[10,11]研究表明,SO2来自电池内添加剂的燃烧产物,HCL来自电池隔膜燃烧,HF来自钾盐和PVDF等,HF的生成量约为电池内部氟都以HF计量的三分之一。

对测量的HF气体进行归一化处理,0、50%、100%三个SOC对应的稀释量分别为13.05mmol/(Ah)、7.38mmol/(Ah)、7.03mmol/(Ah)。

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