鄭昆，林文表，馬軍，丁勝，樊文琪,2

（1.廣州五所環(huán)境儀器有限公司，廣州 511370； 2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 511370）

引言

隨著新能源鋰電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，鋰電池的安全性始終是行業(yè)內(nèi)研究重點。當鋰電池出現(xiàn)異常進而發(fā)生燃燒或爆炸等反應(yīng)時，其火勢迅速、短時間內(nèi)向外釋放較大壓力，因而可導(dǎo)致周邊設(shè)施設(shè)備毀損、人身傷亡等重大安全事故的發(fā)生[1-3]。鋰電池進行高溫、濕熱等氣候環(huán)境試驗時，為預(yù)防鋰電池在試驗箱內(nèi)發(fā)生燃燒、爆炸等情況對試驗設(shè)施及人員造成損毀和傷害，應(yīng)將鋰電池在具有防爆泄壓功能的試驗設(shè)備中開展試驗。而在研制鋰電池環(huán)境試驗設(shè)備時需考慮受限空間內(nèi)鋰電池的安全特性設(shè)計并驗證其防爆泄壓等技術(shù)性能指標。

1 鋰電池安全特性

鋰電池在高溫、過充、外部短路等情況時，電池內(nèi)部溫度短時間異常升高，升高的溫度向周邊進一步擴散，進而電池內(nèi)部發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)，進一步升高電池內(nèi)部溫度，因而化學(xué)反應(yīng)生成的大量熱量、氣體積聚到一定程度時可使電池發(fā)生燃燒、爆炸[4-6]。鋰電池燃爆分析見圖1所示。

圖1 鋰電池燃爆分析

鋰電池發(fā)生的燃燒主要為無氧燃燒，且溫度越高，電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)越劇烈，其產(chǎn)生O2、C2H4、CO、H2、CO2等氣體，燃燒時電池表面溫度可達（800～1 500）℃，使用以窒息為原理的滅火劑對鋰電池發(fā)生的燃燒效果不明顯[7-8]。但可通過對試驗設(shè)備配備電池溫度監(jiān)測預(yù)警模塊及能使電池迅速降溫的滅火裝置，當電池溫度監(jiān)測預(yù)警模塊檢測到電池溫度異常升高時，應(yīng)向設(shè)備控制系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警，當溫度持續(xù)升高至預(yù)設(shè)溫度時，則滅火裝置應(yīng)啟動，向電池噴射降溫滅火劑，使電池快速降溫，達到阻止鋰電池內(nèi)部化學(xué)進一步反應(yīng)，進而可達到抑制電池燃燒的目的。

鋰電池燃爆過程中的沖擊力與其所具備的能量成正比，與其所在的試驗空間體積成反比，相同能量的鋰電池在越大的試驗空間體積所產(chǎn)生的沖擊力越小[9-11]。因而在研制鋰電池環(huán)境試驗設(shè)備時應(yīng)盡量選用大容積的試驗設(shè)備，同時其應(yīng)配備壓力釋放裝置，當鋰電池發(fā)生爆炸時，應(yīng)能通過壓力釋放裝置釋放出電池產(chǎn)生的沖擊力，進而達到保護試驗設(shè)備的目的。

圖2 鋰電池環(huán)境試驗設(shè)備

2 鋰電池環(huán)境試驗設(shè)備

結(jié)合鋰電池安全特性，研制了帶以快速降溫為原理的滅火裝置、電池溫度監(jiān)測預(yù)警模塊、壓力釋放裝置的鋰電池環(huán)境試驗設(shè)備，具備泄壓、有害氣體監(jiān)測、強制排風、滅火、箱體防護、觀察窗防護、箱門防護等安全防護功能，可用于鋰電池試驗或其它有泄壓需求的樣品試驗，能夠完成GB 38031-2020、GB/T 31467.1-2015、GB/T 31467.2-2015、GB/T 31484-2015、GB/T 31486-2015等鋰電池相關(guān)標準所要求的溫度試驗、濕度試驗。

3 安全性試驗設(shè)計

為驗證鋰電池環(huán)境試驗設(shè)備安全防護功能，需對試驗設(shè)備的安全性進行試驗測試，分別設(shè)計并開展了壓力釋放裝置動作測試（緩慢加壓試驗）、壓力釋放裝置動作測試（壓力快速釋放試驗）、電池爆炸試驗、泄壓口密封性能、滅火裝置滅火試驗、電池溫度監(jiān)測試驗等，具體安全性試驗方法及結(jié)果判定如表1所示。

表1 安全性試驗方法及結(jié)果判定

4 結(jié)論

本文結(jié)合鋰電池燃燒爆炸特性對鋰電池環(huán)境試驗設(shè)備設(shè)計了壓力釋放裝置動作測試、滅火裝置滅火、電池爆炸試驗等多項安全性試驗方法及結(jié)果判定，通過對廣州五所環(huán)境儀器有限公司已成功研制的鋰電池環(huán)境試驗設(shè)備（泄壓防護型快速溫度變化濕熱試驗箱）進行安全性試驗，驗證了本方法的可行性。該方法可對鋰電池環(huán)境試驗設(shè)備等防爆泄壓型設(shè)備的研發(fā)測試提供參考。