典型锂离子电池和电解液燃烧特性及航空运输环境对其影响机制研究

摘要

随着锂离子电池的广泛应用和我国航空业的高速发展，航空运输锂离子电池数量日趋增多。锂离子电池作为第9类危险品，其本身存在易燃易爆风险，特殊的航空运输环境（如高温、挤压和碰撞等）使其危险性更加暴露，而目前缺乏与之相对应的风险控制技术，从而导致航空运输锂离子电池火灾或爆炸事故时有发生，带来了极大的财产损失和人员伤亡，为确保锂离子电池的安全运输，需对诱发锂离子电池的不安全因素进行分析，揭示其内在影响机制，并采取针对性的措施来预防锂离子电池火灾事故的发生。本文旨在降低锂离子电池航空运输风险，开展典型锂离子电池和电解液燃烧特性及航空运输环境对其影响机制研究，主要的研究内容如下:
　　对不同辐射热流下电解液池火的燃烧特性参量进行了实验测试与理论分析，同时使用TG-FTIR对高温环境下电解液的热解机理进行了探究。与氢化物不同，电解液池火燃烧行为特征与含有的有机溶剂相对蒸发性有关，线状碳酸酯主控燃烧的早期阶段，而环状碳酸酯主控后期阶段;与氢化物相比，电解液的高汽化热和低燃烧热导致其相对低的热释放速率（Heat Release Rate，HRR）和质量损失速率(Mass Loss Rate，MLR);单位面积的HRR与辐射热流成正相关，与油盘直径成负相关，建立了耦合辐射热流和油盘直径的电解液HRR预测模型;修正Heskestad火焰高度预测模型，建立了耦合有效燃烧热，油盘直径和空气与燃料当量比的电解液火焰高度预测模型;CO和CO2的释放量与辐射热流和油盘直径均成正相关，而CO和CO2的摩尔浓度比与两者无关;电解液热解主要分两步，第一步主要是有机溶剂的蒸发和LiPF6的水解反应，第二步主要是LiPF6热分解（在190℃左右）产生强路易斯酸PF5和HF，PF5催化EC发生开环聚合反应，同时PF5也与EMC和DMC发生反应产生CO2、C2H5F和毒性HF等气体。
　　对不同压力下电解液池火的火羽流特征参量进行了实验测试与理论分析，同时验证了压力修正后的火羽流理论模型对电解液池火的适用性。MLR与压力呈正指数关系，但由于电解液中有机溶剂的碳含量少，其指数系数低于普通氢化物;通过拟合(m)

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状与不足

1．3 研究目标与内容

1．4 章节安排

参考文献

第2章 实验装置与测量设备

2．1 引言

2．2 锥形量热仪

2．3 低压试验箱

2．4 测量设备

参考文献

第3章 电解液燃烧特性研究

3．1 引言

3．2 实验工况和方法

3．3 热释放速率和有效燃烧热

3．4 质量损失速率和汽化热

3．5 平均火焰高度预测模型

3．6 气体释放速率

3．7 结论

参考文献

第4章 低压环境对电解液燃烧特性的影响机制研究

4．1 引言

4．2 实验工况和方法

4．3 质量损失速率

4．4 平均火焰高度

4．5 火羽流温度

4．6 本章小结

参考文献

第5章 锂电池燃烧特性研究

5．1 引言

5．2 实验工况和方法

5．3 热释放速率

5．4 温度

5．5 点燃时间

5．6 气体浓度

5．7 本章小结

参考文献

第6章 低压环境对锂电池燃烧特性的影响机制研究

6．1 引言

6．2 实验工况和方法

6．3 燃烧行为特征

6．4 质量损失速率

6．5 温度

6．6 点燃时间

6．7 本章小结

参考文献

第7章 结论与展望

7．1 全文总结与结论

7．2 本文创新点

7．3 展望

致谢

在读期间的学术成果与获得的奖励