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用的主要原因之一。熱失控傳播阻斷技術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,研究結果表明開放體系下鋰離子電池熱失控不易傳播;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,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熱失控傳播的阻斷作用。研究表明單體間設置氣凝膠隔熱板能阻斷單體爆炸噴射出的電芯物質對其它單體影響,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,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熱失控傳播的阻斷作用,研究結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)鋰離子電池熱失控時,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,削弱電芯物質對周圍單體的傳熱,從而阻斷熱失控的傳播。