作者：葉錦昊1, 侯軍輝2, 張正國1,3, 凌半夜1,3, 方曉明1,3, 黃思林2, 肖質文2
單位：1. 華南理工年夜學傳熱強化與過程節能教導部重點實驗室；2. 廈門新能安科技無限公司；3. 廣東省熱能高效儲存與應用工程技術研討中間
援用：葉錦昊, 侯軍輝, 張正國, 等. 100 Ah磷酸鐵鋰軟包電池的熱掉控特徵及產氣行為[J]. 儲能科學與技術, 2025,包養網評價 14(2): 636-647.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0764
本文亮點：1.本研討以100Ah年夜容量軟包磷酸鐵鋰電池為對象，系統探討其在分歧SOC條件下的產熱機制與熱掉控后內部描摹變化，提醒了年夜容量軟包電池的熱掉控特征。2.本研討摸索分歧SOC條件下電池的產氣特徵和爆炸極限變化規律，為儲能系統的平安設計供給科學依據。包養
摘 要 本研討以100 Ah磷酸鐵鋰軟包電池為研討對象，通過側面加熱觸發熱掉控，借助工業計算機斷層掃描(CT)、掃描電子顯微技術(SEM)、氣相色譜儀(GC)等表征測試手腕，系統剖析了40%、60%、80%、100%SOC下電池的熱掉控特徵和產氣變化規律。結果表白，電池熱掉控的過熱觸發可細分為四個階段：過熱溫度降低、副反應膨脹產氣、隔閡收縮與決裂冒煙、熱掉控惹起劇烈溫升和產氣。進一個步驟計算了產熱能量，發現100%、80%、60%、40%SOC電池的峰值產熱率分別達到140.34、115.44、14.76和3.91 kW，且100%SOC時釋放的能量相當于104.63 g三硝基甲苯(TNT)的能量，破壞半徑達到5.90 m，比擬40%SOC的危險性晉陞了64.3%。對熱掉控后電池資料表征發現，正極磷酸鐵鋰資料從方塊狀轉變為團聚的不規則球狀，負極石墨結構則從層狀轉變為團聚的球形顆粒，這歸因于內部副反應宋微這才開始填表。的加劇。通過對比產氣特徵發現，SOC的增添導致電池產H2量增添，CO2量降落，各SOC下電池產氣的爆炸風險均高于通俗烴類氣體，爆炸下限呈現先降落后上升的變化趨勢。本研討結果對后續儲能系統的平安設計供給了理論依據和實踐指導。
關鍵詞 年夜容量；熱掉控；磷酸鐵鋰軟包電池；殘骸特征；產氣
在全球碳中和與碳達峰的佈景下，新動力領域迎來宏大的發包養價格ptt展機遇。鋰離子電池以其體積小、功率高、能量密度年夜、循環壽命長等獨特優勢，成為了消費電子、儲能電站、新動力汽車及航空航天等領域的焦點儲能技術。但是，鋰離子電池在極端工況下，如超負荷充放電、極端溫度環境或內部短路，會面臨熱掉控(thermal runaway，TR)的風險，這不僅影響電池機能，還能夠引發火災和爆炸。是以，深刻研討鋰離子電池的熱掉控特徵，對于晉陞電池平安性、促進新動力產業的安康發展具有主要意義。
近年來，針對鋰離子電池熱掉控特徵的研討已從觸發方法、測試條件、電池資料等多個維度展開。Zhu等對比了25 Ah的LFP軟包和方殼電池的過熱行為，發現封裝情勢對熱掉控的影響重要體現在封裝資料的力學機能上，方殼電池的泄壓閥能有用延緩熱掉控。Wang等研討了分歧正極資料(LFP、NCM111、NCM622、NCM811)的熱掉控特徵，發現LFP電池熱掉控觸發時間早，熱掉控更溫和，而NCM電池的熱穩定性隨鎳比例增添而降落，熱掉控迫害增添。Wei等分別應用釘刺、側面加熱和過充電觸發NCM523鋰離子電池熱掉控，結果發現過充濫用試驗下電池損壞最為嚴重。Wang等比較了27 Ah商用方殼LFP電池在2C、1.5C、1C、0.5C下的過充熱掉控行為，發現充電速度增添會加快鋰枝晶的生長，促進熱掉控。以上針對鋰離子電池熱掉控特徵的研討集中在小容量(<50 Ah)的電池，為了進一步研究大容量的電池的熱失控風險，Kang等對86、100、120和140 Ah的LFP方殼電池的過充電行為和熱失控特性進行了研究，發現低容量電池更易熱失控，而高容量電池熱失控劇烈程度更高。然而，目前針對大容量電池的研究都是基于方殼電池，對于大容量軟包電池的熱失控特性了解尚不充分。此外，當前研究多集中于直接觀測電池熱失控的溫度和電壓特性，而對于熱失控后電池內部形貌變化的探討則相對匱乏。
此外，鋰離子電池發生熱掉控時，還會產生大批的可燃、有毒氣體，易產生爆炸變亂。Wang等總結了熱掉控氣體成分重要成分為CO2、H2、CO，其余小部門氣體重要為小分子烴類物質(CH4、C2H4、C2H6等)。為了更深刻地清楚電池產生的可燃氣體，Qi等研討了分歧荷電狀態(state of charge，包養感情SOC)下的NCM523電池的產氣特徵，發現SOC上升時，CO2含量減少，H2和CO含量增添。Xu等比較了分歧觸發方法下電池熱掉控的產氣特徵，發現側面加熱時產H2最多，烘箱加包養熱時起碼。Shen等研討了LFP和分歧NCM比例電池的產氣成分和產氣量，發現NCM系列電池的產氣量基礎在2～3 L/Ah，而LFP僅有0.569 L/Ah。LFP電池產生的氣體中H2比例更高，導致其爆炸上限低于NCM電池。是以，當前已經在分歧的資料體系、觸發方法等條件下的電池產氣特徵開展了大批研討，但是，今朝的研討并沒有考慮到LFP電池在分歧SOC下的產氣特徵和爆炸極限的變化規律。
鑒于上述研討佈景和現有研討的局限性，本研討旨在填補年夜容量軟包磷酸鐵鋰包養網電池在分歧SOC條件下產熱特徵和殘骸特征研討的空缺，并深刻探討其產氣特徵和爆炸極限的變化規律。通過過熱實驗，對100 Ah磷酸鐵鋰軟包電池在分歧SOC(40%、60%、80%、100%)下的過熱機制、產熱能量、殘骸特征、產氣組分、爆炸極限等關鍵參數進行系統剖析，為儲能系統的平安設計和應急響應戰略供給科學依據，進一個步驟推動新動力產業的平安發展。
1 實驗系統與方式
1包養網比較.1 實驗研討對象
以容量為100 Ah的軟包型鋰離子電池為研討對象，采用磷酸鐵鋰作為正極活性資料，石墨為負極資料，電池規格參數如表1所示。本次實驗采用Neware電池測試系統，將電池以0.3C恒放逐電至2.5 V，再以0.3C分別充電至40%、60%、80%、100%SOC，隨后恒壓至0.05C以下。
表1 電池參數表
1.2 電池熱掉控實驗
采用圖1(a)所示方式對電池進行制樣，在電池一側的年夜面貼附加熱膜(120 V，480 W，江西碩豪電熱)模擬內部熱源觸發電池熱掉控的場景。在電池另一側年夜面的上、中、下三個包養條件地位，分別布置了直徑為1 mm的K型熱電偶，分別定名為T1、T2、T3，用于精確測量電池概況分歧地位的溫度變化。此外，在電池的極耳處布置了電壓線，用于實時監測電池電壓的變化。
在圖1(b)所示的實驗平臺上開展實驗。該平臺集成了多路數據記錄儀(LR8431CN，日置(上海)測量技術無限公司)、直流電源(SSN-15005DS，東莞市非凡電子無限公司)、攝像機、通風機以及計算機。將電池樣品放置于實驗平臺上，將電壓線和熱電偶與多路數據記錄儀連接，數據記錄儀的采樣間隔設定為1 s。實驗過程中，數據實時傳輸至計算機。加熱片與直流電源相連，整個過熱過程由攝像機全部旅程記錄。實驗中，通風機持續運行，用于消除實驗過程中產生的煙氣，確保實驗平安。當電池觸發熱掉控后，當即關閉直流電源，以防止進一個步驟的熱能量輸進。實驗結束后，分別用電子天平測量電池質量損掉，用工業計算機斷層掃描(CT，METROTOM 1500，德國ZEISS公司)拍攝電池內部結構，用掃描電子顯微鏡(SEM，SU 8220，japan(日本)日立集團)觀察正負極片資料描摹。
1.3 氣體采集實驗
本研討在自制的模組外殼中進行了電池熱掉控氣體搜集實驗，如圖2所示。實驗在室溫條件下進行，分別對40%、60%、80%、100%SOC的100 Ah LFP軟包電池進行加熱，電池觸發熱掉控后關閉直流源。當電池熱掉控并產生大批氣體時，敏捷打開模組外殼上的排氣口，應用抽氣泵(AD1.5DC4，緣循智能科技)將產生的氣體引導至預先準備的氣體搜集甜心寶貝包養網袋中，搜集到的氣體隨后通過氣相色譜儀(GC, 7820 A VL，安捷倫科技無限公司)進行成分剖析。
2 實驗結果與剖析
2.1 分歧SOC電池的熱掉控特徵
2.1.1 實驗現象
圖3展現了在分歧SOC下電池過熱引發熱掉控的典範實驗現象。實驗結果表白，各SOC下電池熱掉控過程中的現象基礎分歧，重要表現為釋放白煙而無明顯火焰。熱掉控過程中的現象順次為：正常溫升、產氣膨脹、決裂冒煙、正極頭部劇烈產氣、負極頭部劇烈產氣、天然冷卻。值得留意的是，分歧SOC的電池在熱掉包養甜心網控時，決裂冒煙的地位均集中在電池的正極頭部，這是因為在軟包電池中，正極頭部是集流體與電極資料的連接點，結構復雜，存在多個接口和連接點，這使得它成為潛在的掉效點。此外，正極頭部的包裝資料需求進行熱封和壓接處理，這一過程中的高溫和壓力能夠減弱了該區域的資料強度，加之這里是封裝的接口，能夠存在應力集中。當電池內部發生電解液分化等化學反應時，產生的氣體傾向于在電池頂端湊集，而正極頭部由于結構上的單薄和密封問題，所以不難成為氣體湊集并最終決裂的部位。在長時間緩慢冒煙后，電池概況溫度達到熱掉控臨界點，大批煙霧從正極頂封穩定釋放，構成射流，隨后電池的負極頂封也開始劇烈產氣，構成穩定的噴射氣流。與低SOC(40%)電池比擬，高SOC電池在熱掉控時表現出更為劇烈的產氣現象。此外可以發現，電池熱掉控后概況的鋁塑膜因高溫煙氣感化而發生碳化變黑，這一現象在40%SOC電池中表現不明顯，表白其天生的煙氣溫度較低且產氣量較少，熱掉控劇烈水平較低。
2.1.2 過熱機制
圖4展現了分歧SOC的LFP軟包電池的溫度電壓變化曲線，可以發現，各SOC的電池概況溫度與電壓的演變趨勢呈現出高度的分歧性，這表白無論SOC若何變化，電池在過熱環境上面臨的熱掉控機制是分歧的。為了更精確地剖析熱掉控過程，定義了三個關鍵時間點：ta，tb，tonset。此中，ta表現電池溫升放緩的時間點；包養價格tb表現電池溫度出現波動降落的時間點；tonset為熱掉控的觸發時間。在時間點ta、長期包養tb以及tonset處，熱電偶記錄的電池最高概況溫度分別定名為Ta、Tb、Tonset。Tmax為電池熱掉控時的最年夜溫度，對應的時間點為tmax。根據式(1)，當相鄰兩個記錄點T(k)和T(k+1)的溫度差異年夜于1 ℃/s時，T(k)被定義為Tonset，此中T(k)代表數據記錄儀在短期包養第k秒記錄的溫度數據。
，
(1)
基于上述剖析，圖4將整個電池過熱過程分為四個階段，各階段對應的內在機理如圖5所示。
階段Ⅰ (0 s～ta，溫升階段)：電池溫度從初始環境溫度穩步上升至Ta ≈ 100 ℃，電池概況溫度的分歧性較好，表白在此過程中電池內部各部門的響應較為均勻。同時，電池電壓略有上升，重要歸因于電極資料在高溫下的活化，高溫條件下電池內部的電化學反應變得活躍，內部電阻下降繫，宋微無奈地答應了。，導致開路電壓略有降低。
階段Ⅱ (ta～tb，溫度平臺階段)包養：電池的溫升速度開始減緩，構成了一段溫度變化較為平緩的平臺，同時電池概況各部位的溫度差異逐漸增年夜。此階段鋰離子電池內部開始發生副反應，SEI膜分化產生O2和C2H4，同時釋放熱量，促使電池內部溫度持續甜心花園攀升。同時，電解液接收熱量蒸發產生氣體，加快電池膨脹，導致電池概況傳熱和散熱不均勻。
階段Ⅲ (tb～tonset，溫度波動階段)：當電池內部產氣壓力達到閾值時，電池兩真個鋁塑膜發生決裂冒煙，帶走部門熱量，導致電池溫度出現小幅度降落，隨后電池持續接收加熱膜輸進的能量，溫度繼續上升，電解液持續蒸發并與負極的嵌鋰反應天生有機氣體，內部隔閡收縮開始出現短路。值得留意的是，此階段電池的電壓在年夜部門時間堅持穩定，只要在熱掉控即將發生之前出現輕微的降落趨勢，這表白在軟包電池的前端內部發生了較為輕微的內部短路現象。
階段Ⅳ(tonset～，熱掉控階段)：這一階段標志著鋰離子電池從熱掉控狀態過渡到天然教包養授，擁有多家科技公司，葉老師取得了別人一生都難冷卻的過程。持續的高溫促使電池隔閡熔化，進而使得正負極資料直接接觸，觸發電池內部的年夜規模內短路。在極短的時間內，電池內部產生包養大批的熱量，這引發了負極鋰與電解液反應、正極資料分化、電解液分化以及黏結劑反應等一系列連鎖放熱反應，導致溫度急劇飆升，出現劇烈的產氣和產熱，最終促進了熱掉控的發生。在幾十秒內，電池溫度敏捷攀升至峰值，電池概況分歧地位之間的溫差變年夜，電壓敏捷降落至0 V。
2.1.3 電壓特徵
通包養合約過對圖6的實驗圖的剖析，我們觀察到在電池熱掉控發生前，電池電壓開始出現降落，但并未完整降至0 V。這一現象表白，電池電壓的輕微降落可以作為電池掉效的晚期預警信號。別的，分歧SOC程度的電池在電壓開始明顯降落到熱掉控正式開始的時間間隔存在顯著差異。對于100%、80%、60%、40%SOC的電池，這一時間間隔分別為22 s、28 s、61 s、104 s，而電壓降落幅度則分別為3.05 V、2.07 V、0.44 V、0.05 V。這些數據提醒了一個主要趨勢：SOC越高，從電壓開始降落到熱掉包養一個月價錢控發生的預警時間越短，電池內部年夜規模短路的發生也越敏捷。這一發現對后續電池治理系統的設計具有主要意義，提醒我們應開發更為敏感和疾速響應的熱掉控預警機制，以包養網評價進步電池系統的整體平安性和靠得住性。
2.1.4 產熱特徵
如表2所示，分歧SOC條件下，電池的熱掉控觸發溫度Tonset穩定在160～175 ℃范圍內。這一現象重要歸因于電池資料與隔閡的熔點限制，進一個步驟證明了過熱觸發電池熱掉控重要是因為隔閡融化。在熱掉控過程中，電池的最高溫度Tmax呈現隨SOC晉陞而明顯增高的趨勢。在100%、80%、60%、40%SOC條件下，Tmax分別達到422.8、387.3、29包養1.3、236.1 ℃。這一趨勢表白，在高SOC條件下，電池中儲存的能量更高，當發生內部短路時，這些能量以焦耳熱的情勢敏捷釋放，導致溫度急劇降低。值得留意的是，熱掉控瞬間的溫升速度也與SOC親密相關。在100%、80%SOC條件下，電池的最年夜溫升速度分別高達78.9、64.9℃/s，而60%、40%SOC條件下，這一速度則顯著下降至8.3、2.2 ℃/s。這表白，當電池SOC高于60%時，熱掉控瞬間的副反應劇烈水平將顯著增添，溫升速度呈倍數上升，對電池平安構成更年夜威脅。
表2包養網車馬費 分歧SOC的電池熱掉控特征參數
為了量化熱掉控過程中的內部產熱，參考Feng等、宋來豐等的計算方式，依照公式(2)計算了電池熱掉控時的內部電熱耦合產熱率，結果如圖7(a)所示。在熱掉控過程中，分歧SOC程度的電池的產熱特徵存在顯著差異。具體而言，100%、80%、60%、40%SOC電池的峰值產熱率分別達到140.34、115.44、14.76和3.91 kW。這一結果表白，高SOC電池的產熱率遠高于低SOC電池，此中100%SOC時的瞬時產熱率比40%SOC時晉陞了35.89倍，突顯了SOC對熱掉控產熱率的顯著影響。通過式(3)對產熱率Pb進行積分處理，可以獲得整個熱掉控階段的總產熱量。如圖7(b)所示，當SOC分別為100%、80%、60%、40%時，電池釋放的熱量順次為464.24、373.35、229.81、121.31 kJ。從曲線可發現，SOC與熱掉控釋放能量之間存在線性增長關系。
為了更直觀地展現電池在熱掉控過程中釋放能量的迫害水平包養，本研討運用TNT當量法將釋放的能量轉化為等效TNT量，并據此計算破壞半徑，以此量化熱掉控事務的潛在迫害水平，具體計算方式如式(4)與(5)所示。包養網VIP如圖7(c)所示，100%、80%、60%、40%SOC電池釋放的能量分別相當于104.63、84.14、51.79、27.33 g TNT的爆炸能量。這一結果表白，電池熱掉控的迫害與SOC呈正相關，即SOC越高，熱掉控的迫害越年夜。值得留意的是，40%SOC時，電池能量破壞半徑僅為3.59 m，而100%SOC時，這一數值增添至5.90 m，比擬40%SOC時晉陞了近64.3%。是以，對于電池熱掉控的預防和把持戰略，應特別關注高SOC條件下的電池狀態，以減少潛在的平安風險。
(2)
(3)
(4)
(5)
式中，Pb為電池熱掉控期間的產熱功率，kW；cb為電池的比熱容，本實驗電池為0.98 kJ/(kg·K)；mb為電池的質量，kg；QTR為電池熱掉控時釋放的能量，kJ；tmax為電池達到最年夜溫度時的時間，s；tonset為電池熱掉控的觸發時間，s；WTNT表現TNT當量，g；η表現爆炸效力，本文取1；HTNT表現單位TNT的爆炸能量，其變化范圍是4437~4765 J/g，本文取4437 J/g；HR表現單位TNT的破壞半徑，取13.6 m；R表現破壞半徑，m。
2.1.5 殘骸剖析
如圖8(a)所示，電池的質量損掉率隨SOC的變化規律與其最高溫度的變化趨勢分歧。在100%、80%、60%、40%SOC條件下，質量損掉率分別為22.74%、19.62%、17.62%、16.89%，呈現出隨著SOC增添而遞增的趨勢。這一現象可歸因于兩個重要原因：起首，SOC越年夜，內部短路導致更多的電量轉化為焦耳熱，觸發更多的鏈式副反應，從而導致產氣量的增添；其次，高溫條件下，電池的鋁塑膜包養網車馬費能夠融化并黏附在加熱膜上，進一個步驟加劇了質量損掉。為了深刻觀察電池熱掉控后的內部結構變化，本任務采用了CT表征熱掉控后的殘骸描摹。如圖8(b)所示，電池內部的極片卷繞結構在熱掉控后發生了顯著的彎曲變形，極片之間出現了大批間隙。值得留意的是，SOC越年甜心寶貝包養網夜，電池的變形水平和極片間隙也越年夜。這一現象重要歸因于熱掉控過程中劇烈的產氣導致內部壓力急劇增添，從而引發電池內部結構的膨脹和變形。
如圖9所示，為了深刻懂得電池熱掉控的特征及其內部反應機制，本任務對熱掉控后的電池極片進行了SEM表征描摹。在低SOC條件下(40%、60%)，正極資料顆粒呈現出類似粘連的方塊狀結構。但是，在高SOC條件下(80%、100%)，LiFePO4正極資料在熱掉控后的描摹轉變為團聚的不規則球狀。這一變化表白，在高SOC條件下，電池熱掉控過程更為劇烈，LiFePO4正極資料參與的副反應更為嚴重。同時，高溫和延長的退火時間導致資料晶相發生顯著變化，引發熱掉控過程中資料結包養網評價構的深度演變。對于負極電極，SEM剖析提醒了SOC對石墨層狀結構的影響。在40%SOC時，石墨負極的層狀結構得以堅持，但從60% SOC開始，石墨陽極原有的層狀結構消散，其描摹轉變為許多團聚的球形顆粒。這些立體顆粒的構成與熱掉控時陽極側的放熱反應親密相關。高溫下SEI組分發生分化以及負極插層鋰與電解質反應天生Li2CO3，是導致這一現象的兩個關鍵原因。此外，隨著溫度的降低，負極Li與氟化黏結劑反應天生LiF ，進一個步驟加劇了石墨負極的結構變化。值得留意的是，隨著SOC的增添，石墨負極的團聚現象加倍嚴重，這表白在高SOC條件下，參與反應的物質增多，熱掉控反應的嚴重水平也隨之增添。
2.2 分歧SOC下電池的排氣行為
2.2.1 產氣成分剖析
由圖10所示，電池熱掉控過程中的重要產氣成分包含CO2、H2、CO、C2H4，并伴隨大批CH4、C2H6、C3H行李箱滑過藍色的地磚，留下兩道水痕。6、C3H8等烴類氣體的產生。隨著SOC的增添，電池產H2量呈現上升趨勢，分別為26.38%、39.54%、51.39%、57.92%，而CO2產量則相應降落，分別為60.36%、43.49%、26.57%、19.69%。CO含量在40%～80%SOC時基礎分歧，但在SOC達到100%時，CO含量顯著上升，剖析機理如下。
H2天生機理：電池熱掉控過程中，陽極在高溫下釋放出必定量的鋰，鋰與水反應天生H2 [(式(6)]，同時產生大批熱量。此外，在溫度高于260 ℃時，PVDF黏結劑與鋰反應并釋放H2 [式(7)]。是以，當SOC增年夜包養網站時，電池負極的活性物質應用率增添，導致熱掉控過程中更多的活性鋰參與反應，從而產H2量上升，同時，由後面的產熱特徵對比可知，SOC越高，熱掉控反應越劇烈，Tmax越年夜，更有利于黏結劑與Li反應天生H2。所以H2含量隨著SOC的上升而增添。
(6)
=
(7)
CO2天生機理：CO2重要來源于SEI層受熱分化[式(8)]，SEI層與水[式(9)]、HF [式(10)]反應以及200～280 ℃高溫條件下電解液分化反應[式(11)~(13)、Li2CO3與HF在高溫下反應[式(14)]，電解液與O2的反應[式(15)~(18)]。
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
(18)
CO天生機理：CO重要來源于碳氫化合物的不完整燃燒[式(19)~(22)]，一部門來源于CO2在負極與鋰的反應[式(23)]，電解液溶劑與鋰離子反應[式(24)]。而高S沒有人喜歡「別人的孩子」。孩子撇撇嘴，轉身跑了。OC在負極有更多活性鋰，所以100%SOC條件下CO含量最多。
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)
(24)
有機碳氫化合物氣體天生機理：C2H4、CH4、C2H6等有機氣體是在電解液還原為碳酸鋰、電解液分化反應(200～225 ℃)和正極與電解液放熱反應(150～330 ℃)過程中產生的[式(25)~(30)]。
又不經意地向被男主角踐踏、當墊腳石的男配謝夕伸出
(25)
(26)
(27)
(28)
(29)
(30)
2.2.2 氣體爆炸極限
電池熱掉控過程中產生的大批易燃易爆氣體成分，與空氣包養混雜時極易構成爆炸性氣體混雜物，一旦遭受電火花，將引發爆炸，對儲能系統構成嚴重平安威脅。鑒于電池熱掉控產生的氣體具有高度危險性，本研討采用Le-Chatelier公式計算了電池熱掉控過程中產氣的爆炸下限(upper explosive limit，UEL)與爆炸上限(lower explosive limit，LEL)，如式(31)所示。考慮到實驗測量的氣體成分中包括多種可燃氣體和一種惰性氣體包養網(CO2)，我們采取了Xu等的一種特別的計算方式：將CO2與一種可燃氣體(本實驗中為H2)視為一組，重組為一種新的可燃氣體。重組氣體在混雜氣中的體積分數為惰性氣體與可燃氣體的體積分數之和。
分歧SOC條件下電池產氣的爆炸極限計算結果如圖11(a)所示。具體而言，40%、60%、80%、100%SOC條件下，爆炸范圍分別位于10.60%～60.03%、7.12%～59.34%、5.41%～50.44%、5.40%～57.71%，均顯著年夜于通俗烴類氣體的爆炸范圍，這表白電池產氣的燃爆風險遠高于烴類氣體，是以在存在氧化劑和點火條件下，LIB電池產生的氣體極易發生燃燒甚至爆炸，形成極年夜危險。值得留意的是，隨著SOC的上升，電池的爆炸下限呈現出先降落后上升的趨勢，這與Zhang等研討的電池氣體爆炸下限趨勢分歧。別的，由圖11(b)可以發現，爆炸下限與電池天生的碳氫化合物含量趨勢相反，這表白雖然電池產生的烴類氣體含量低，但仍然對爆炸下限影響較年夜，這重要是因為烴類氣體的爆炸下限遠遠低于H2和CO導致。
(31)
式中，Lmix為混雜氣體的爆炸極限，Vn為可燃氣體的體積分數，Ln可燃氣體的爆炸極限。
2.3 誤差剖析
為了確保實驗結果的靠得住性，本研討對每個實驗都進行了重復實驗。各試驗組這些關鍵參數的均勻值和標準差如包養行情圖12(a)～(c)所示，可以看出，所測參數熱掉控最高溫度Tmax標準差均小于10%，熱掉控釋放的能量QTR的標準差均小于15%，計算獲得的破壞半徑R的標準差均小于5%，證明了實驗的靠得住性。此外，如圖12(d)所示，各氣體成分含量標準差維持在較低程度，說明電池熱掉控產生的氣體也獲得了很好的重復。
3 結論
本研討針對100 Ah年夜容量LFP軟包電池在分歧SOC下的熱掉控特徵進行了深刻探討，通過綜合剖析電池的過熱機制、電壓特征、產熱特徵、殘骸特征、氣體成分和爆炸極限，得出了以下重要結論。
（1）熱掉控過程與預警機制：電池熱掉控過程可細分為四個階段：過熱溫度上升、副反應膨脹產氣、隔閡收縮與決裂冒煙、熱掉控劇烈產熱產氣。電池電壓的輕微降落是電池掉效的晚期預警信號，SOC越高，從電壓降落到熱掉控的預警時間越短。
（2）SOC與熱掉控能量關系：SOC越年夜，電池熱掉控時的最年夜溫度Tmax呈現線性上升趨勢，且熱掉控瞬間的溫升速度和產熱率顯著增添，100%、80%、60%、40%SOC電池的峰值產熱率分別達到140.34 kW、115.44 kW、14.76 kW和3.91 kW。計算結果顯示，100%SOC條件下，電池可釋放能量高達464.24 kJ，相當于104.63 g TNT的能量，破壞半徑達到5.90 m，比擬40%SOC條件下的破壞半徑晉陞了近64.3%。
（3）質量損掉與內部結構變化：SOC越年夜，電池的質量損掉率越高，電池的變形水平和內部極片間隙也越年夜，這歸因于熱掉控過程中劇烈產氣導致的內部膨脹。隨著SOC的增添，內部副反應加劇，正極LFP資料從方塊狀轉變為團聚的不規則球狀，負極石墨結構則從層狀轉變為團聚的球形顆粒。
（4）產氣成分與爆炸風險：電池熱掉控過程包養網dcard中產生的重要氣體包含H2、CO、CO2以及大批碳氫化合物。隨著SOC的增添，電池產H2量增添，CO2量降落。分歧SOC條件下，電池產氣的爆炸風險均高于通俗烷烴氣體，且隨著SOC的上升，氣體爆炸下限先降落后增添。
第一作者：葉錦昊（2001—），男，碩士研討生，研討標的目的為電池熱掉控。
通訊作者：侯軍輝，工程師，研討標的目的為電池熱掉控。
通訊作者：方曉明，研討員，博士生導師，研討標的目的為復合相變儲熱資料等。
發佈留言