全氟己酮抑制锂离子电池火灾的效率研究

引言

目前，高效清洁扑灭锂离子电池火灾仍为技术难题。本工作研究了不同剂量全氟己酮（C6F12O）抑制300Ah 磷酸铁锂（LFP）电池火灾的抑制效果，建立了基于灭火效果、降温效果及体系毒性的C6F12O剂量筛选模型。本工作为高效清洁抑制锂离子电池火灾提供了理论支撑。

研究内容

中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室王青松课题组采用100%SOC的300Ah动力LFP锂离子电池作为研究对象，使用加热的方式触发电池热失控。灭火剂用量根据不同灭火浓度设计，实验中采集了热释放速率、电池温度、毒性气体（HF、CO等）浓度等关键数据。

研究结果与讨论

论文系统性地研究了不同剂量C6F12O扑灭磷酸铁锂电池的灭火效能，研究发现：

（1）本研究中，所选定的C6F12O剂量均可有效扑灭LFP锂离子电池的火灾，抑制300Ah单体磷酸铁锂电池火灾的C6F12O临界用量为10.20 ± 3.80g。

图1 使用及不使用C6F12O时，电池的燃烧行为。电池燃烧主要分为三个特征阶段：（I）加热与安全阀打开（II）稳定燃烧阶段（III）射流火及高效抑制

（2）C6F12O的施加可以高效降低电池的燃烧热，并可快速冷却电池。但研究结果表明，对于单体磷酸铁锂电池，C6F12O的化学抑制效果在灭火剂用量较高时趋于饱和，但此时仍可发挥较好的物理冷却效果。

图2 施加及不施加C6F12O时电池的热释放速率（HRR）

图3 施加及不施加C6F12O时电池表面温度变化

图4 实验后电池正极的扫描电镜图像（a）新鲜100%SOC电池（b）未施加抑制下热失控（c）2.2kg C6F12O抑制（d）4.2kgC6F12O抑制（e）6.1kg C6F12O抑制（f）7.7kg C6F12O抑制

（3）研究基于电池热失控的短时毒性暴露特性，修正了MFED模型，并基于灭火效果、降温效果及体系毒性，提出了综合考虑三者的C6F12O用量筛选模型。在本工作的实验条件下，对于LFP锂离子电池，归一化的较优C6F12O用量为2.9 g/Wh。

图5 C6F12O用量选择

成果简介

研究成果已发表在Journal of Energy Chemistry期刊上，刘昱君为论文的第一作者，王青松为通讯作者。

Yujun Liu, Kai Yang, Mingjie Zhang, Shi Li, Fei Gao, Qiangling Duan, Jinhua Sun, Qingsong Wang*. The efficiency and toxicity of dodecafluoro-2-methylpentan-3-one in suppressing lithium-ion battery fire. Journal of Energy Chemistry, 65 (2022) 532-540.