王佩犇_大容量磷酸铁锂电池热失控期间相变吸热与喷发研究.pdf

1、yyyy ANSYS,Inc.大容量磷酸铁锂电池热失控期间电解液相变吸热与喷发研究汇报人：王佩犇中国农业大学 工学院&清华大学 电池安全实验室指导老师：江发潮 徐成善 冯旭宁目录1.背景与意义背景与意义2.测试与机理测试与机理3.机理与建模机理与建模4.结果与讨论结果与讨论5.总结总结1.背景与意义 新能源汽车磷酸铁锂电池车用动力电池的主力之一 储能电站磷酸铁锂电池国内储能指定类型电池23Ah LFP280Ah LFP磷酸铁锂电池趋于大容量化p 磷酸铁锂电池在车辆与储能领域广泛应用，其发展趋势趋于大容量化1.背景与意义2023年年9月月 广东珠海储能柜广东珠海储能柜2024年年5月月海南储能电

2、站海南储能电站2024年年7月月武汉新能源车燃烧武汉新能源车燃烧p 磷酸铁锂电池使用期间的安全问题不容忽视。电池热失控将有可能带来一系列的火灾风险，威胁磷酸铁锂电池使用期间的安全问题不容忽视。电池热失控将有可能带来一系列的火灾风险，威胁人民的生命与财产安全人民的生命与财产安全1.背景与意义名称名称数值数值数值数值容量23 Ah280 Ah电池质量433.1 g5424.0 g电解液质量电解液质量91.2 g(21.0%）1112 g(20.5%）喷发时长喷发时长228 s843 s单体电池的电解液含量提高了提高了12.212.2倍倍喷发持续时间提高了提高了3.73.7倍倍23 Ah280 Ah

3、p 小容量LFP电池与大容量LFP电池，单体电池的电解液含量存在显著差异p 热失控喷发持续时长同样存在显著差异23 Ah280 Ah电解液含量/g91.21112喷发时长/s2288431.背景与意义p 各大企业非常重视磷酸铁锂电池的安全问题，企业与课题组开展了多个LFP电池的安全项目在 LFP 电池包内电解液蒸汽气溶胶发生冷凝在 LFP 电池包内电解液蒸汽气溶胶诱发拉弧 储能LFP电池热失控喷发 储能Pack热失控残骸 电解液诱发电池包拉弧大容量磷酸铁锂电池热失控喷发大量电解液蒸汽气溶胶电解液拉弧电解液冷凝电解液沸腾蒸发先有电解液沸腾蒸发，再有Pack内部电解液蒸汽/气溶胶的冷凝与拉弧因此选

4、择：聚焦电池内电解液相变，建立考虑电解液相变吸热的储能电池热失控模型p 沸腾是指液体受热超过其饱和温度时，在液体内部和表面同时发生剧烈汽化的现象，不同液体的沸点不同。即使同一液体，它的沸点也要随外界的大气压强的改变而改变。1水沸腾水沸腾电解液沸腾电解液沸腾1 https:/ 经典的液体沸腾研究有实验观测法与数值模拟法p 电池中电解液沸腾研究很少，部分学者建立了考虑电解液沸腾吸热的集总模型1.背景与意义 液体沸腾研究3 Coman,P et al.,(2016).Journal of Power Sources,307,5662.1 Yuhao,Z et al.,(2024).Internati

5、onal Communications in Heat and Mass Transfer 158(2024)107926数值模拟1 18650考虑电解液沸腾的热失控研究3针对18650电池建立了零维模型，用于分析电解液沸腾蒸发对热失控的影响实验观测22 Lihao,H et al.,(2016).Heat and Mass Transfer 52:13431357目录1.背景与意义背景与意义2.测试与机理测试与机理3.机理与建模机理与建模4.结果与讨论结果与讨论5.总结总结p 磷酸铁锂电池热失控物理过程1.测试与机理State 1 正常状态State 2 外部加热State 3 安全阀开启S

6、tate 4 持续降温State 5 热失控定容状态 封闭系统气体膨胀定压状态 开放系统State 2State 3State 4State 5温度时间State 1正面背面正面背面1.测试与机理同步的内部压力测试结果壳体内电解液沸腾State 2State 3State 4State 5p 磷酸铁锂电池热失控物理过程State 2 外部加热State 3 安全阀开启State 4 持续降温State 5 热失控开阀瞬间：电池侧面降温壳体内：气泡生成与破裂并 伴随白色烟雾外部加热：内部气压升高定容状态电解液受热饱和蒸汽压上升壳体内气体体积膨胀定压状态卷芯内电解液发生沸腾蒸发同步的内部压力测试结