锂离子电池热失控气体在密闭空间爆炸泄放效能研究：泄放面积的影响机制与防护优化

本研究聚焦锂离子电池（LIB）热失控（TR）气体在密闭空间的爆炸风险，通过构建实验平台系统分析泄放面积对火焰特性与爆炸超压的影响。研究发现泄放口可降低93%以上超压，并提出无量纲系数Kv和Ks量化泄放效能，为储能系统（ESS）防爆设计提供关键参数依据。

　　

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电池参数

本研究采用安徽EVPS动力电池有限公司生产的26700圆柱形锂离子电池（型号ITR26/70-40E）。电池正极为磷酸铁锂（LFP），负极为石墨。电池质量为93 g，标称容量为4000mAh，标称电压为3.2 V。充电截止电压为3.65 V，放电截止电压为2.0 V。实验前，电池均经过三次充放电循环以激活性能。

爆炸现象

图2展示了试验1中电池从安全阀开启到热失控（TR）爆炸的典型图像序列，图3呈现了爆炸实验过程中的温度-电压-超压曲线。电池热失控爆炸过程分为四个阶段：第一阶段为加热期，电池温度在外加热作用下持续上升，内部分解反应逐渐激活；第二阶段为泄压期，电池安全阀开启释放气体；第三阶段为爆炸前期，可燃气体积累并遇点火源引发燃烧；第四阶段为爆炸泄放期，火焰通过泄放口喷出并形成振荡火焰。

Conclusion

本研究首次针对密闭空间内26700型磷酸铁锂电池的热失控爆炸泄放特性展开分析，揭示了泄放面积对爆炸超压的调控规律：

（1）安装爆炸泄放口可有效降低爆炸危害。在80 L试验舱内，4 Ah磷酸铁锂电池的热失控气体爆炸产生的超压通过泄放设计可降低93%以上；

（2）泄放系数K_v与爆炸风险呈非线性关系，当K_v从74.26降至6.19时，最大超压峰值从27 kPa降至7.2 kPa，爆燃指数从220.73 kPa?m/s降至3.96 kPa?m/s；

（3）当K_v=8.25时泄放效率达到最优。该研究为锂离子电池防爆系统设计提供了量化依据。