磷酸铁锂电池热失控产生的主要可燃气体检测解决方案

  iotsensor ·  8 个月前  ·  26725 次点击
锂离子电池(LIB)是当今公认的最合适的储能技术之一,由于其具有高能量密度和优异的循环寿命,正越来越多地应用于汽车、固定和航空领域。在寻求LIB性能优化和成本降低的方法时,安全风险仍然是推进其大规模应用的主要障碍。由于LIB具有高能量密度和易燃材料,LIB频繁发生爆炸事故。单个电池的故障可能导致涉及的组件(负极、正极、电解质和隔板)的物理和化学反应,从而导致产生过多的热量和气体。当在稳定温度区域之外工作时,高放热反应会导致电池快速自热——这种情况被称为热失控(TR),并伴有相关表现(如烟雾生成、火焰喷射和爆炸)。因此,随着锂离子电池的大规模应用,其热失控和着火成为重要问题。
近几年来,全球#能源#危机和环境污染日益严重。锂离子电池作为清洁无污染的储#能源#,正逐步应用于新#能源#汽车、太阳能转换储能设备、移动通讯设备等领域。目前越来越多城市出现了搭载锂离子电池的新#能源#汽车的身影,然而一些安全隐患也随之逐渐暴露。根据新#能源#汽车的火灾调查报告,绝大多数起火诱因为电池热失控。锂离子电池的不合理使用、意外破坏或自身缺陷均可能导致爆炸和火灾发生。
在众多触发电池热失控的原因中,针刺是造成电池损坏的一种不可逆的破坏性行为。当电池受到尖锐物体刺入或受到较大冲击力时,会使电池产生机械损坏,打破电池内部结构并使内部物质直接暴露,同时很容易使电池内部的正负极之间发生短路,进而产生大量热量并使温度迅速升高,造成热失控危害
锂离子电池在热失控后从电池内部都释放出哪些气体。当然,由于每种电池的组成、结果、化学状态都存在差异,释放出来的气体各有差异。通常,这些气体都是可燃的,当热失控造成电池内部温度快速上升到一定程度,就有可能触发燃烧。这里以一个40Ah NCM/C软包电池为例说明,它的电解液LiPF6/EMC/DEC/EC。在充满电的情况下,通过针刺出发热失控,从而采集分析释放的气体成分。分析结果显示,释放出来的气体成分主要包括:
  • EMC:碳酸甲酯乙基酯
  • DEC:碳酸二乙酯
  • EC:碳酸乙烯酯
  • Benzene:苯
  • Toluene:甲苯
  • Styrene:苯乙烯
  • Biphenyl:联苯
  • Acrolein:丙烯醛
  • CO:一氧化碳
  • COS:硫化碳酰
  • Hydrogen fluoride:这是氟化氢
上述这些物质中,有些是气体,有些是挥发的液体。前三种物质是电解液本身挥发出来的,后面几种物质都是在热失控过程中形成的新物质。上面所有物质都已具有一定毒性的,在一定温度下都是可燃的。
传统消费类电池,电池材料为LiCoO2/C,2.1Ah软包电池,能量为7.7Wh。触发热失控后通过设备采集气体进行分析,得到表1结果。这里的气体成分包括:
  • 一氧化碳、二氧化碳、氢气
  • 甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、丁烷、异戊烷、异戊烷、己烷、乙烯、丙烯、苯、甲苯、苯乙烷
其中,在100%SOC和150%SOC下,体积含量最多的是一氧化碳、二氧化碳和氢气。主要成分是一氧化碳、二氧化碳和氢气,其余是烷烃、烯烃、苯等有机物,这些也可使可燃气体。工采网提供磷酸铁锂电池热失控检测的可燃气体#传感器#应用解决方案,包含可燃气体#传感器#TGS6812以及模块CGM6812、氢气#传感器#TGS2615,还有针对动力电池热失控时产生的CO检测#传感器#TGS5141等多类型#传感器#产品及完整解决方案。欢迎官网在线咨询技术工程师。
表1 气体成分

同时测量释放出来的气体的含量(表2),从50%SOC到100%SOC,热失控后释放出来的气体含量增加了3倍多。在150%SOC,释放的气体含量达到了50%SOC下的7.5倍,一个小小的电池竟然可以释放出这么多的气体。
表2 气体含量

动力电池产品关乎用户的生命安全,其安全#设计#和要求在整个电池系统#设计#中处于最高优先级。

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