储能科学与技术 ›› 2024, Vol. 13 ›› Issue (11): 4143-4154.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0519
收稿日期:
2024-06-11
修回日期:
2024-06-22
出版日期:
2024-11-28
发布日期:
2024-11-27
通讯作者:
孙杰
E-mail:zt8123@163.com;magnsun@mail.tsinghua.edu.cn
作者简介:
周添(1988—),男,博士,讲师,主要研究方向为化学防护、电化学、新能源与能源安全,E-mail:zt8123@163.com;
基金资助:
Tian ZHOU(), Jie SUN(), Jigang LI, Shouping WEI, Jing CHEN, Fan ZHANG
Received:
2024-06-11
Revised:
2024-06-22
Online:
2024-11-28
Published:
2024-11-27
Contact:
Jie SUN
E-mail:zt8123@163.com;magnsun@mail.tsinghua.edu.cn
摘要:
本研究旨在深入探究三元电池在热失控过程中产生的毒性产物,并分析电池结构变化对电学性能和安全性的影响。随着电动汽车市场的快速增长,三元电池因其高能量密度和较长的使用寿命而广受欢迎。然而,电池热失控作为电动汽车安全的重大隐患,已成为行业关注的焦点。本研究首先通过火焰触发三元电池的热失控反应,并对反应过程中产生的气体进行收集和分析。实验结果显示,随着荷电状态(state of charge,SOC)的升高,电池热失控也越发剧烈,一旦开始热失控,极易引起周围电池的连锁反应。同时热失控过程中会产生包括一氧化碳(CO)、氟化氢(HF)、丙烯醛、丙烯腈以及含有苯环的有毒有害气体。其中,一氧化碳和其他一些高毒性的化合物对人体健康构成严重威胁。在毒性产物分析的基础上,本研究进一步探讨了热失控过程中电池结构的变化。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等先进表征手段,对热失控前后的电池材料进行观察和分析。结果表明,热失控过程中,电池的正负极材料会发生明显的热解和氧化反应,产生大量的气体和高分子化合物,这些产物会进一步加剧电池的热失控,并导致电池结构的破坏。本研究不仅揭示了三元电池热失控过程中产生的毒性产物及其危害,还深入分析了热失控过程中电池结构的变化。这些研究成果不仅为电动汽车的安全评估提供了重要的数据支持,也为三元电池的改进和优化提供了有益的参考。
中图分类号:
周添, 孙杰, 李吉刚, 卫寿平, 陈静, 张帆. 软包三元锂离子电池热失控毒性产物分析及结构变化研究[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(11): 4143-4154.
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表 4
不同SOC电池热失控产物明细"
序号 | 名称 | 化学式 | CAS | 毒性分级 | 浓度/ppm | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0% | 30% | 50% | 100% | |||||
1 | 丙烯醛 | C3H4O | 107-02-8 | 剧毒 | × | 0.09 | × | × |
2 | 丙烯腈 | C3H3N | 107-13-1 | 高毒 | × | × | 0.31 | 0.62 |
3 | 1,3-环戊二烯 | C5H6 | 542-92-7 | 高毒 | × | × | × | 0.32 |
4 | 二甲醚 | C2H6O | 115-10-6 | 中毒 | 0.63 | 0.47 | 0.52 | 0.68 |
5 | 苯 | C6H6 | 71-43-2 | 中毒 | 0.30 | 10.26 | 18.03 | 16.4 |
6 | 氟代苯 | C6H5F | 462-06-6 | 中毒 | 27.99 | 9.06 | 11.9 | 4.21 |
7 | 甲苯 | C7H8 | 108-88-3 | 中毒 | × | 0.42 | 1.2 | 0.77 |
8 | 二氧化碳 | CO2 | 124-38-9 | 低毒 | 1.41 | 13.57 | 13.05 | 16.25 |
9 | 异戊二烯 | C5H8 | 78-79-5 | 低毒 | × | × | × | 0.37 |
10 | 2-甲基-1-戊烯 | C6H12 | 763-29-1 | 低毒 | × | × | 0.32 | × |
11 | 顺-2-丁烯 | C4H8 | 624-64-6 | — | × | 0.35 | 1.12 | 1.49 |
12 | 1,1-2甲基-环丙烷 | C5H10 | 1630-94-0 | — | × | × | × | 0.62 |
13 | 2-甲亚氨基-乙腈 | C3H4N2 | EPA196311 | — | × | × | × | 0.37 |
14 | 己烯 | C6H12 | 592-41-6 | — | × | × | 0.18 | × |
15 | IS#1 | C9H3F9 | 729-81-7 | — | 2.9 | 2.91 | 3.07 | 3.35 |
16 | 碳酸甲乙酯 | C4H8O3 | 623-53-0 | — | 93.64 | 1 | 1.1 | 0.7 |
17 | IS#2 | C6BrF5 | 344-04-7 | — | 10 | 10 | 10 | 10 |
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