張艷，雷虎，越云博，胡冉，季柳燕，胡華榮＊

（1.海軍裝備部駐上海地區(qū)第六軍事代表室，上海 201108；2.上?？臻g電源研究所，上海 201108）

本文為進一步提升鋰一次電池的可靠性，現(xiàn)對鋰一次電池進行熱失控反應(yīng)實驗，研究鋰一次電池熱失控釋放溫度和低壓環(huán)境之間的相關(guān)性，為制定和完善鋰一次電池提供相應(yīng)的依據(jù)和參考。

1 實驗設(shè)計

采用壓力動態(tài)化調(diào)整的方式，將低氣壓環(huán)境的壓力設(shè)置為30kPa、60kPa和101kPa，以確保實驗結(jié)果的真實性和可靠性。對鋰一次電池進行熱失控反應(yīng)實驗，以實現(xiàn)對智能化熱失控釋放溫度與低壓環(huán)境之間相關(guān)性和科學分析和研究。本實驗所利用的系統(tǒng)主要為NI－cDAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將溫度采集頻率設(shè)置為10Hz。熱電偶型號為K型，熱電偶采用點狀焊接的方式，以提高鋰一次電池的反應(yīng)靈敏度。本實驗所用電池型號為鋰一次電池，該電池的容量為2.6Ah，同時，將變壓艙內(nèi)的溫度設(shè)置為25℃。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 電池噴射出口環(huán)境溫度特性

當環(huán)境壓力達到101kPa時，鋰一次電池所釋放的高溫主要有兩種來源途徑，一種是鋰一次電池內(nèi)部要反應(yīng)過于劇烈所致的高溫能量；另一種是鋰一次電池內(nèi)部含有大量可燃性氣體，這些氣體與空氣混合后，發(fā)生二次燃燒反應(yīng)，故釋放了大量的高溫能量。

當環(huán)境壓力達到60kPa時，鋰一次電池熱失控反應(yīng)溫度變化曲線與熱失控反應(yīng)后釋放溫度變化曲線如圖1所示：鋰一次電池在整個熱失控反應(yīng)中，出現(xiàn)了5個高溫峰值，這說明，隨著環(huán)境壓力值的不斷降低，鋰一次電池所釋放溫度不斷降低，同時，環(huán)境中的氧濃度也呈現(xiàn)出不斷下降趨勢。在30kPa壓力環(huán)境下，鋰一次電池溫度變化曲線與鋰一次電池熱失控反應(yīng)后所釋放的溫度變化曲線見圖1。當環(huán)境壓力達到101kPa時，電池噴射出口在進行實際的檢測中，共經(jīng)歷了5個溫度高峰值，當鋰一次電池內(nèi)部溫度不斷上升時，峰值寬度不斷加寬，同時，高溫持續(xù)時間不斷延長。因此，當環(huán)境壓力達到30kPa時，鋰一次電池所釋放的溫度峰值數(shù)量不斷降低。此外，與60kPa壓力環(huán)境相比，30kPa壓力環(huán)境所對應(yīng)的峰值寬度相對較窄，因此，在該壓力環(huán)境下，所釋放的高溫危險性也相對較低，所以，鋰一次電池熱失控釋放溫度與低壓環(huán)境之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系。

圖1 60kPa環(huán)境下電池溫度與噴射出口釋放溫度

2.2 電池噴射出口熱失控釋放高溫分布統(tǒng)計

在以上三種不同壓力環(huán)境下，通過對鋰一次電池進行熱失控實驗，并去除兩次重復實驗，從而得到如圖2所示的鋰一次電池熱失控釋放溫度分布。從圖中可以看出：隨著環(huán)境壓力值的不斷降低，鋰一次電池熱失控釋放溫度呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢，同時，所釋放的溫度危險性也逐漸下降，這說明鋰一次電池熱失控釋放溫度與低壓環(huán)境之間存在正相關(guān)關(guān)系。

圖2 3種壓力環(huán)境下鋰一次電池熱失控釋放溫度分布

2.3 熱釋放速率

為了提高對鋰一次電池熱失控釋放溫度控制效率和效果，除了控制低壓環(huán)境外，還要重視對熱釋放速率的控制，通過采用變溫方式，借助熱量釋放測試平臺的應(yīng)用優(yōu)勢，在30kPa、60kPa和101kPa三種不同壓力環(huán)境下，本實驗所獲得和整理熱失控釋放速率相關(guān)信息數(shù)據(jù)，為后期更好地優(yōu)化實驗操作流程提供相應(yīng)的依據(jù)和參考。在101kPa壓力環(huán)境下，鋰一次電池所釋放的溫度高峰值為8.8kW；在60kPa壓力環(huán)境下，鋰一次電池所釋放的溫度高峰值為5.8kW；在30kPa壓力環(huán)境下，鋰一次電池所釋放的溫度高峰值為2.5kW，由此可見，當環(huán)境壓力值不斷下降時，鋰一次電池所釋放的溫度高峰值呈現(xiàn)出不斷下降趨勢，同時，鋰一次電池內(nèi)部燃燒強度也呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢，因此，在進行鋰一次電池熱失控實驗的過程中，一旦鋰一次電池內(nèi)部反應(yīng)過于劇烈，勢必會增大相關(guān)環(huán)境噴射的熱量，當鋰一次電池所釋放的可燃性氣體與空氣充分混合后，會出現(xiàn)二次燃燒，從而提高了鋰一次電池熱失控釋放溫度。

3 結(jié)論

通過以上實驗，得到以下結(jié)論：1）當環(huán)境壓力達到60kPa時，鋰一次電池最高溫度持續(xù)時間相對較短，同時，釋放的高溫危險性較低，這些高溫熱量主要有兩種來源途徑，一種是鋰一次電池內(nèi)部材料反應(yīng)后所釋放的能量；另一種是鋰一次電池內(nèi)部釋放的可燃性物質(zhì)與空氣接觸反應(yīng)后所釋放的熱量。2）當環(huán)境壓力達到30kPa時，鋰一次電池熱最高溫度持續(xù)時間不斷縮短，同時，釋放的高溫危險性最低，這些高溫熱量全部來源于鋰一次電池內(nèi)部材料反應(yīng)后所釋放的能量。3）隨著環(huán)境壓力值的不斷減小，鋰一次電池最高溫度持續(xù)時間呈現(xiàn)出不斷下降趨勢，當鋰一次電池熱失控釋放的能量達到一定值時，鋰一次電池表面溫度將會上升到900℃以上，因此，鋰一次電池熱失控釋放溫度與低壓環(huán)境之間存在正相關(guān)關(guān)系。