鋰離子電池與其它傳統(tǒng)二次電池相比具有比能高、功率性能出色等優(yōu)勢。因而,鋰離子電池逐漸拓展于動力領(lǐng)域,如新能源汽車和游船。然而安全性問題成為阻礙鋰離子電池在動力應(yīng)用的主要原因之一。熱失控傳播阻斷技術(shù)能阻斷熱失控從失控單體向周圍單體傳播,以將鋰離子電池安全問題對電池組的損害、人員的傷害,以及附帶的破壞作用降至最低。本論文通過實驗研究了鋰離子電池的熱失控傳播特性,探索了熱失控傳播阻斷方法,主要包括以下研究內(nèi)容:

    1)研究了開放體系和封閉絕熱體系下,鋰離子電池的熱失控傳播特性,研究結(jié)果表明開放體系下鋰離子電池?zé)崾Э夭灰讉鞑?而封閉絕熱環(huán)境,由于單體產(chǎn)生的熱量難以散發(fā)到環(huán)境中,單體爆炸所產(chǎn)生的火焰與噴射出的電芯物質(zhì)對周圍單體產(chǎn)生更大的影響,因而熱失控容易傳播。

    2)研究了封閉絕熱體系下,不同單體容量、不同單體間隔距離下的熱失控傳播特性。研究表明相同單體容量下,單體間隔距離越大,熱失控越難傳播;相同間隔距離下,容量越大的單體爆炸產(chǎn)生更多能量、噴射出更多電芯物質(zhì),且過溫耐受性差,因而越容易發(fā)生熱失控傳播。

    3)確定了在不使用任何熱失控傳播阻斷方法時,不同容量單體成組所能達到的最大安全體積比能。研究表明,相比大容量單體,小容量單體成組后的最大安全比能更高。

    4)研究了不同隔熱材料以不同的隔熱方式對鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑サ淖钄嘧饔?。研究表明單體間設(shè)置氣凝膠隔熱板能阻斷單體爆炸噴射出的電芯物質(zhì)對其它單體影響,并削弱了熱輻射、對流作用,從而能較好阻斷單體間熱失控傳播;單體表面包覆隔熱材料能全面阻斷單體間通過連接片的熱傳導(dǎo),并大幅削弱熱輻射和對流的作用,也能阻止熱失控的傳播。

    5)研究了閥噴通道對鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑サ淖钄嘧饔?研究結(jié)果表明閥噴通道能阻斷鋰離子電池爆炸產(chǎn)生的火焰與閥噴電芯物質(zhì)對周圍單體影響,從而阻斷熱失控的傳播。

    6)研究了液氮噴淋冷卻時機和位置因素對熱失控傳播的阻斷作用。發(fā)現(xiàn)鋰離子電池?zé)崾Э貢r,及時對該電池或周圍單體淋灑液氮冷卻,可以降低爆炸單體溫度,減少了爆炸單體傳遞給周圍單體的熱量,并且液氮產(chǎn)生的低溫、惰性氣氛瞬間可以熄滅爆炸火焰,阻斷火焰的傳熱。液氮還能冷卻爆炸單體噴射出的電芯物質(zhì),削弱電芯物質(zhì)對周圍單體的傳熱,從而阻斷熱失控的傳播。