锂离子电池热失控内部压力测试方法研究

消防科学与技术 ›› 2024, Vol. 43 ›› Issue (5): 750-755.

锂离子电池热失控内部压力测试方法研究

刘恩宏¹, 黄文盛², 徐成善², 冯旭宁²

（1. 中国农业大学工学院，北京 100083；2. 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084）

收稿日期:2024-03-22 修回日期:2024-04-17 出版日期:2024-05-15 发布日期:2024-05-15
作者简介:刘恩宏（1996- ），男，云南昆明人，中国农业大学工学院科研助理，主要从事电池单体热蔓延自抑制相关研究，北京市海淀区清华东路17号，100083。
基金资助:
国家重点研发计划（2022YFE0207900）；国家自然科学基金（52076121）

Research on method to measure internal pressure of lithium-ion battery during thermal runaway

Liu Enhong¹, Huang Wensheng², Xu Chengshan², Feng Xuning²

(1. College of Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China;2. State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Received:2024-03-22 Revised:2024-04-17 Online:2024-05-15 Published:2024-05-15

摘要/Abstract

摘要： 锂离子电池作为新能源汽车等战略性产业的核心部件，安全性受到广泛关注。电池安全事故通常始于电池热失控，即电池内部出现剧烈的链式放热连锁反应，产生并释放大量可燃气体。本文提出了一种锂离子电池热失控内部压力测试方法并开展了电池热失控试验，通过测量电池热失控时的内部压力分析热失控过程。结果发现，产气会造成内部压力迅速变化，释放的1 000 ℃、0.25~0.50 MPa高温高压气体对传热散热过程有显著影响。同时，因产气造成的电池内部压力变化早于内短路造成的开路电压变化和电池产热造成的温度变化。该方法对全面研究热失控机理，提升热失控预警、排气阀设计等电池安全技术性能具有重要意义。

关键词: 锂离子电池, 电池安全, 热失控, 热蔓延, 内压测试

Abstract: As the core component of strategic industries like new energy vehicle, lithium-ion battery has received widespread attention for its safety. Battery safety incidents often begin with thermal runaway, which means chain reactions occurred with production of heat and flammable gas. A test for internal pressure of lithium-ion battery during thermal runaway is proposed, based on which experiments are conducted. On the basis of accurate data from the test, process of thermal runaway is depicted in detail, finding that gas production can quickly change internal pressure, and the gas of 1 000 ℃ and 0.25~0.50 MPa show distinctive impact on heat transfer and dissipation. Meanwhile, the change of internal pressure is earlier than that of the voltage and the temperature. This test plays an important part in researches on thermal runaway mechanism and improving battery safety technologies like thermal runaway early warning and venting valve.

Key words: lithium-ion battery, battery safety, thermal runaway, thermal runaway propagation, internal pressure test

刘恩宏, 黄文盛, 徐成善, 冯旭宁. 锂离子电池热失控内部压力测试方法研究[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 750-755.

Liu Enhong, Huang Wensheng, Xu Chengshan, Feng Xuning. Research on method to measure internal pressure of lithium-ion battery during thermal runaway[J]. Fire Science and Technology, 2024, 43(5): 750-755.

[1]	周彪, 葛慕滢, 王凯, 任常兴, . 液体浸没条件下锂离子电池新型热灾害的研究进展与挑战[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(6): 767-773.
[2]	赵路遥, 童军, 徐果, 张钧铭. 低温循环老化锂离子电池热失控特性研究[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(6): 780-786.
[3]	吴俊涛, 李芳, 杨生魁. 18650三元锂电池热失控危险性及燃烧痕迹特征研究[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(6): 896-901.
[4]	王芳, 陈文涛, 马彪, 刘仕强, . 锂离子电池热失控监测参数研究综述[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 590-596.
[5]	张磊, 刘彦辉, 叶从亮, 周钰鑫, 黄鑫炎, . 针刺诱发电池热失控的研究进展综述[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 597-604.
[6]	周志钻, 王博轩, 宋露露, 杨立中. 锂离子电池热失控行为及火灾危险性研究综述[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 605-612.
[7]	周钰鑫, 刘彦辉, 唐亮, 叶从亮, 张磊, 郝梦龙, 黄鑫炎. 锂离子电池热失控阻隔材料研究进展与展望[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 613-619.
[8]	王圣, 李新, 蒋维, 李锦焙. 锂离子电池液冷热管理系统研究进展[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 620-625.
[9]	丁永鑫, 马非, 赵军, 戴传山, . 基于气凝胶与相变材料夹层结构的电池热失控-热管理综合布置决策[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 626-633.
[10]	宋来丰, 田佳敏, 刘勇, 王青松. 磷酸铁锂电池热失控传播特性的影响因素研究[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 641-650.
[11]	唐亮, 尚文艳, 张少禹, 陈召凡. 触觉传感技术在锂离子电池热失控预警中的应用[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 651-655.
[12]	王玥, 张少禹, 储玉喜, 陈晔, . LFP电池热失控液氮冷却惰化理论分析方法研究[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 656-662.
[13]	王晓冬, 赵丽香. 储能用锂离子电池纳入强制监管的可行性研究[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 663-666.
[14]	张海文, 邢志祥, 吴洁, 路万征. 纤维素基水凝胶抑制磷酸铁锂电池火灾性能研究[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 667-673.
[15]	陈书文, 刘凯, 宋振轩, 吕娜伟, 姜欣, 金阳. 磷酸铁锂电池爆阀后热失控抑制策略及效果研究[J]. 消防科学与技术, 2024, 43(5): 687-692.