电解质对矿物油基浸没式液体冷却剂稳定性与安全性的影响机制研究

为解决锂离子电池浸没式液冷系统中电解质泄漏引发的安全隐患，研究人员系统探究了电解质(EC/DEC/LiPF6)掺杂对矿物油基冷却剂(MO)理化特性与燃烧行为的影响。研究发现4wt%电解质添加使MO闪点降低65.8℃，揭示了电解质浓度与燃烧行为的非线性关系，为大规模储能系统安全设计提供新视角。

　　

随着全球电化学储能市场规模爆发式增长至565亿美元（2024年），锂离子电池(LIBs)因其高能量密度成为主流选择。然而追求更高能量密度带来的热失控(TR)风险，特别是充电过程中产生的剧烈放热，使得电池热管理系统(BTMS)成为研究焦点。在众多冷却技术中，浸没式液冷凭借直接接触散热、温度均匀性等优势脱颖而出，但冷却剂与电池组件长期接触可能导致电解质泄漏，进而引发燃烧事故——这正是当前研究中最令人担忧的安全盲区。

为破解这一难题，来自云华科技等机构的研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表重要成果。研究人员采用三阶段分析法：首先通过粘度计和酸值测定评估MO复合材料稳定性；其次利用热重分析(TGA)和燃烧测试量化热降解行为；最后结合气相色谱-质谱联用(GC-MS)和光谱技术解析相互作用机制。

材料与方法
实验选用YH S-D 16矿物油基冷却剂，模拟电解液为1.0M LiPF₆的EC/DEC（体积比1:1）混合溶液，通过机械搅拌制备含0-4wt%电解质的MO复合材料。

结果与讨论
稳定性分析
电解质添加显著降低MO稳定性，酸值上升表明电解液中LiPF₆水解产生HF引发腐蚀。粘度增加反映电解质与MO发生聚合反应。

热行为表征
4wt%电解质使MO闪点骤降65.8℃，点火点降低33.6℃。TGA显示电解质加速MO热分解，800℃残炭率减少23.7%。

燃烧机制
GC-MS检测到含氟阻燃物与烯烃类促燃物共存。低于2wt%电解质时LiPF₆分解产物发挥阻燃作用，而高浓度下EC/DEC热解产生的自由基链式反应占主导。

结论
该研究首次揭示电解质-MO相互作用的"浓度双效性"：低浓度抑制燃烧而高浓度加剧风险。这为浸没冷却系统安全阈值设计提供量化依据，特别是对280Ah级大容量LiFePO₄电池（热失控峰值达384.5℃）的应用场景具有重大指导价值。研究建立的"稳定性-热行为-燃烧产物"多维度评估框架，为下一代阻燃型冷却剂开发奠定理论基础。