钻研布景
飞机上乘客电子设备中的锂电池以及货物运输中的锂电池存在火警危险。危险蕴含单个电池失效产生的热量 ，随后的自热（热失控）产生的热量 ，以及电池中挥发性成分的点火或爆炸所开释的热量。已经有大量钻研涉及电池的热失控危险。出格是 ，高能量密度锂电池的发展促使美国联国航空治理局钻研作为飞机货物运输的储能设备的潜在危险。Webster[1,2]撰写了一系列汇报 ，纪录了运输配置中的锂电池热失控的后果。
Mikolajczak等人[3]颁发了综述文章总结了这些过程。一些国内表学者利用设备对热失控过程进前进一步钻研 ，例如中国科学技术大学利用锥形量热仪丈量了分歧 SOC 下锂离子电池的点火热开释率。美邦交通部赞助James G.等人颁发的一篇名为"Fire Hazards of Lithium Batteries"的文章中 ，使用锥形量热仪的辐射能和热电容量热仪中的电阻加热 ，将各类不成充电的锂金属（一次性）电池和可充的电锂离子（二次）电池加热至失效。
钻研中使用锥形量热仪对几种分歧化学成分的电池在肯定电荷（充电状态 [SOC]）和辐射热通量领域内的危险参数进行了丈量 ，蕴含电池失效时的质量损失 ，点火过程中的峰值热开释速度 ，挥发物点火开释的总热量 ，以及电池成分的点火比热。使用热容量热仪 ，可获得以热量大局开释的化学能和电池温杜纂SOC和加热速度的关系曲线。
该篇钻研的主张是更好地相识乘客电子设备中以及作为飞机货物运输的单个锂电化学电池的火警危险？⒘瞬街枥凑闪康绯毓收掀诩淇偷娜饶芤约芭绯龅牡绯啬谖镏识虮ㄊ笨偷牡慊鹑攘。
尝试部门
尝试使用的电池测试样品如表1所示 ，列出了电池可充电性质 ，电池尺寸 ，质量 ，造作商提供的标称电池电位 ，电池容量 ，以及贮存的电化学自由能。
表1. 本钻研中测试使用的电池
尝试中使用到的设备：使用基于耗氧道理的锥形量热仪对单个电池进行测试 ，以丈量电池故障时点火开释的热量。在尝试中 ，设定分歧的锥形加热器辐射功率以将用各类分歧的速度加热电池 ，迫使电池热失效 ，电池失效挥发的可燃气体在加热器表表空间内被点燃 ，如图1所示。图2为经过刷新的ASTM E1354样品盒 ，以在电池剧烈故障期间包容电池。尝试过程中 ，电池被搁置在其表表距离锥形加加热器表表的25.4mm的尺度距离处 ，这样 ，即便电池/电池组在约250℃的温度下失效后在样品盒周围迅速移动 ，从电池排出的大部门或全数气体都能被量热仪捕获。
在测试中 ，将表1的样品电池露出在锥形量热仪设置的10–75 kW/m2的辐射热通量下 ，对3.7 V、2600 mAh可充电锂离子电池 ，以及在额定容量(SOC)的各个部门进行了测试。
图1 锥形量热仪火场模型
图2改进的电池点火量热测试样品盒
图3锂离子电池在70% SOC下在锥形量热仪50kW/m2辐照度时数据
纪录了电池中气体初次排出的功夫和最终排出的功夫（可能会出现屡次排出）。选取反卷积算法来校对量热仪响应的热开释速度（HRR） ，图3显示了其中一个数据 ，数据为LiCoO2可充电电池70% SOC状态下露出于50 kW/m2的辐照度下的数据。电池在89s时起头开释气体 ，在93s时达到峰值 ，电池齐全失效产生在115s时 ，峰值热开释速度（HRR）产生在120s时。丈量参数还蕴含测试期间的PHRR、电池气体初次排出的功夫 (t1)、观察到失效时电池气体物排出的功夫 (t2)、测试期间样品的总质量损失 ，以及基于丈量的质量损失(THR/?m) 和原始电池质量(THR/m0)
的有效点火热（HOC）。表2为18650电池部门测试了局。
表2 18650锂离子充电（二次）电池的锥形量热仪数据
图4显示了表2中表部热通量为50 kW/m2时 ，电池A的电池成分与SOC的PHRR和有效HOCＤ芄还鄄斓絇HRR随着SOC单调增长 ，但喷出物质的HOC在一样领域内从约莫15 kJ/g降低到5 kJ/g。
图4 热辐射通量为50 kW/m2时电池A的HOC和PHRR与SOC的关系
图5锂离子电池A在50 kW/m2 辐射通量下CO2产生量与CO产生量之迸纂SOC的关系：每个点为4次测试的均匀值
图5显示了图4中绘造的一样锥形量热仪数据中CO2产量与CO产量的比率（即kg-COx/?m）。电池组件点火过程中CO2/CO质量比单调降落批注 ，在高SOC下喷出的过渡金属或卤素可能会抑造点火 ，火焰中CO氧化为CO2的削减证了然这一点。图6更齐全地展示了SOC对点火热量和质量损失的影响。相反 ，如图7所示 ，电池A的有效HOC在加热速度领域内增长。图中还显示了与HOC有关的热量和质量损失。
图6 锂离子18650电池A在表部热通量为50 kW/m2时的点火总热开释量(THR)、质量损失(?m)和有效HOC与SOC
图7锂离子18650电池A的点火热开释总量 (THR)、质量损失 (?m) 和有效 HOC与表部热通量的关系
结论
通过以上锥形量热仪测试了局（以及此处未列出的热容量热仪测试了局）可得结论：
l 电池失效时以热量大局开释的化学能很快（≈2 s） ，并在高充电状态(SOC)下将电池温度绝热升高至 1000℃。
l 故障时的化学能开释从0% SOC时的约2 kJ/cell 增长到100% SOC时的40 kJ/cell ，靠近化学自由能 ，? = 电压×电荷。
l 失效时喷出的电池内容物的点火持续约10s。
l 扩散火焰中电池内物质点火所开释的能量（点火能）通常大于电池内物质在故障时以热量大局开释的化学能（热能）。
l 由于点火不齐全 ，点火热量（kJ）和电池内物质的点火比热（kJ/g）随SOC 降低。这种趋向是由于高SOC下非挥发性成分比例较高以及排出的电池内物质的点火受到抑造。
该文章为丈量电池故障的单独热危险和点火危险提供了一种步骤 ，并为定量评估电池/电池火警和爆炸危险奠定了基础。
参考文件:
1.Webster, H., “Flammability Assessment of Bulk-Packed, Rechargeable Lithium-Ion Cells in
Transport Category Aircraft,” DOT/FAA/AR-06/38, Office of Aviation Research and
Development, September 2006.
2.Webster, H., “Fire Protection for the Shipment of Lithium Batteries in Aircraft
Cargo Compartments,” DOT/FAA/AR-10/31, November 2010.
3.Mikolajczak, C., Kahn, M., White, K., and Long,
R.T., “Lithium-Ion Batteries Hazard and Use
Assessment,” The Fire Protection Research Foundation, July
2011.
在钻研过程中 ，钻研团队使用了锥形量热仪对电池样品的点火个性进行了测试。FTT锥形量热仪选取PCB技术 ，？榛杓 ，可扩大和适合未来利用 ，具罕见据精准 ，不变性强蹬着点。
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