荟萃分析为降低火灾和毒性风险、提高电池安全性铺平了道路

Josiah02 · 发表于 2024-9-9 16:46:42

锂离子电池可能存在重大危险，而安全性的概念是基于狭隘的标准。谢菲尔德研究人员在《能源存储杂志》上发表的一项关于热失控气体排放的荟萃分析加深了人们的理解，并强调了对风险进行更广泛分析的必要性。
由索尔·布朗教授领导的化学与生物工程系团队对 60 篇论文进行了详细的荟萃分析，以便进一步了解锂离子电池在热失控（过热）过程中释放的气体。
审查的主要目的是了解不同的电池特性（例如电池设计和充电方式）如何影响释放的气体的数量和类型，并了解他们是否能够发现哪种类型的电池在火灾和爆炸方面的危险性最小。
过程与能源系统教授索尔·布朗表示：“随着电动汽车销量和产量的增加，人们担心我们对它们在发生故障和起火时所带来的危险缺乏充分的认识。
“与汽油和柴油火灾不同，后者已经得到大量研究，而锂离子电池火灾的研究相对较少。这限制了我们在火灾发生时有效处理的能力。为了弥补这一差距，我们进行的荟萃分析强调了一些关键发现，并为进一步研究以提高未来电池安全性提出了建议。”
锂离子电池一旦被滥用，就会过热并起火。此外，在此过程中还会释放出可能爆炸的气体，并有可能造成严重伤害。此外，释放的一些气体（如一氧化碳和氟化氢）是有毒的，存在毒性危害。
然而，除了这些广泛的特征之外，对热跑道事件期间气体排放的研究结果尚不清楚，需要相互比较。
所审查的大多数论文都集中于磷酸锂离子 (LFP) 和锂镍锰钴氧化物 (NMC) 电池——这两种电池都常用于电动汽车。
主要发现：
随着电池容量的增大，电池释放的气体总量也会增加，但产生的具体气体不会改变。
电池的形状很重要——方形电池比软袋电池释放更多的气体，而圆柱形电池释放的气体最少。
NMC 电池释放的气体比 LFP 多，但 LFP 电池的毒性明显更大
电池电量会影响毒性——对于 NMC 电池，从 0% 到 100% 的电量，污染量会增加一倍，而对于 LFP 电池，污染量则会减半。
LFP 电池产生更多的氢气，而 NMC 电池产生更多的一氧化碳。研究人员研究了所谓的“可燃下限 (LFL)”来确定气体着火的可能性。LFL 越低，气体越容易点燃。在惰性气体中，LFP 的 LFL 水平为 6.2%，NMC 为 7.9%，因此 LFP 电池的可燃性危险性更大。
本文的研究旨在成为电池界的重要资源，帮助评估锂离子电池热失控火灾、爆炸和毒性危害的风险。
该论文提出了多项建议，以便能够显著改进研究，进一步加深对锂离子废气的了解，其中包括：
更多关于电极材料组成和 NMC 电池内电解质成分的报道。这将帮助我们更好地了解它们是否以及如何影响释放的气体。
为了更准确地比较高能量 LFP 和 NMC 电池，应该对更广泛的 LFP 软包和方形电池（10-100 Ah）进行更多测试。
测试更大的电池系统——当前的研究主要集中于单个电池单元，但在实际应用中，多个电池单元连接在一起，因此了解危险如何随电池尺寸的变化会很有帮助。
测量不同充电水平下释放的气体——到目前为止，研究仅针对充满电的电池。了解不同充电水平下气体的毒性和可燃性如何变化将很有用，尤其是在电池过度充电时
未来的实验应该记录以蒸汽形式喷出的电解质的数量和类型，因为这将有助于评估额外的火灾风险。

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