调控释放参数探究水雾抑制锂离子电池热失控及烟气危害的效能研究

本综述系统探讨水雾（WM）通过调控激活时间、释放时长与高度等参数，对锂离子电池（LIB）热失控（TR）及其传播（TRP）的抑制机制与烟气危害控制作用，为构建高效灭火系统提供关键理论与技术支撑，助力提升锂离子电池工程过程安全性。

　　

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Experimental apparatus

实验装置如图1所示。实验采用32 Ah方形LiFePO₄电池（重量：730±50 g，额定电压：3.2 V，100% SOC）。实验过程中，通过500 W加热器触发电池热失控（TR）。使用固定支架固定电池与加热器，并布置云母板以防止热量散失。在发生TR或WM启动时停止加热。WM系统中，水溶液储存于固定储罐，通过泵输送。

Characteristics of battery TR

受加热器影响，电池温度持续上升。当电池背部温升速率（dT_B/dt）超过0.5℃/s且电压下降时，不可逆的热失控（TR）最终被触发。如图所示，电池TR全过程可分为4个阶段：

阶段1—加热开始后，电池内部材料分解并放热，导致电池温度稳步上升。反应产生的气体使电池膨胀；

阶段2—电池内部短路加剧，温度急剧升高，泄压阀开启，可燃气体喷出并被点燃，形成明火；

阶段3—火焰逐渐减弱，但电池持续高温分解，大量烟雾释放；

阶段4—反应趋于结束，温度缓慢下降，残留物冷却。

Conclusions

本研究探讨了水雾（WM）的启动时间、释放时长与高度对32 Ah方形LiFePO₄电池（100% SOC）热失控（TR）抑制的影响。基于抑制效率与利用效率，确定了最佳释放时长。此外，采用等效铝块定量评估WM阻止TR传播（TRP）的能力，揭示了WM抑制TRP的作用机制，并分析了WM对烟气危害的影响。主要结论为WM在TR发生前释放可有效阻止TR发生，最佳释时长为TR时长的约3/4，兼具高抑制效率、高WM利用率与低电池短路风险；WM可通过冷却与隔绝氧气有效阻断TRP，并显著降低烟气中毒性物质浓度，提升锂离子电池应用过程中的安全性。