热触发灭火聚合物复合材料(FEPC)在密闭空间抑制锂离子电池热失控的创新型安全策略研究

为解决锂离子电池(LIBs)在密闭空间热失控(TR)引发的火灾风险，研究人员开发了一种含全氟己酮的灭火聚合物复合材料(FEPC)。通过微胶囊原位聚合技术，该材料能在高温触发下快速释放灭火剂，显著抑制火焰蔓延、延缓TR传播并减少质量损失。主动释放模式效果更优，临界失控温度提高、传播时间延长。该研究为LIBs热管理模块(TM)设计提供了创新性工程解决方案，对提升储能系统安全性具有重要意义。

　　

随着全球能源结构向可再生能源转型加速，锂离子电池(LIBs)因其高能量密度和长循环寿命成为储能领域核心。然而，热失控(TR)引发的燃烧爆炸问题严重制约其安全应用，尤其在电动汽车等密闭场景中，单电池失效可能引发连锁反应。传统灭火剂如全氟己酮虽有效但易挥发，难以适应狭窄空间需求。

河北某研究团队在《Journal of Energy Storage》发表研究，创新性地将微胶囊技术与聚合物材料结合，开发出热触发灭火聚合物复合材料(FEPC)。该材料以尿素甲醛树脂(UF)为壳、全氟己酮(C₆
F₁₂
O)为核，通过原位聚合嵌入环氧树脂基质。实验表明，FEPC在2.27秒内即可扑灭明火，且主动释放模式使电池临界TR温度提升至更高阈值，传播时间延长40%，质量损失减少35%。

关键技术方法
研究采用微胶囊原位聚合技术构建核壳结构，通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)表征材料理化性质。利用定制实验舱模拟密闭环境，对比被动/主动释放模式下TR抑制效果，结合热电偶阵列监测温度梯度变化，热流计量化热释放速率。

研究结果

1. 材料表征：FTIR显示UF壳层成功包覆全氟己酮，SEM证实微胶囊粒径分布均匀(20-50μm)，热重分析表明120°C时壳层破裂释放灭火剂。
2. 灭火性能：实验室测试中FEPC使火焰熄灭时间较传统剂缩短80%，且无复燃现象。全氟己酮气相灭火机制通过中断自由基链式反应实现。
3. TR抑制效果：在18650型LIB测试中，FEPC使TR临界温度从140°C提升至165°C，传播时间从8.3秒延长至11.7秒，质量损失减少28%。主动触发组峰值温度降低43%。

结论与意义
该研究证实FEPC兼具物理冷却与化学灭火双重功能：一方面通过全氟己酮相变吸热降低环境温度，另一方面抑制电解液分解产生的烷基自由基。相较于传统TM系统，这种"材料级"安全设计更适应密闭空间需求，为LIB模组工程应用提供了新思路。值得注意的是，主动释放模式通过预设温度触发机制，较被动响应进一步优化了TR抑制效率，这为智能热管理系统的开发奠定了实验基础。研究团队指出，未来可通过调节微胶囊壁厚与交联度，实现不同温度阈值的精准响应，这对航空航天、深海装备等极端环境下的电池安全防护具有重要参考价值。