中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在“碳達(dá)峰、碳中和”的背景下，浸沒式液冷技術(shù)是具有良好應(yīng)用前景的鋰離子電池?zé)峁芾砑夹g(shù)之一。在新一代熱管理系統(tǒng)中，鋰離子電池?zé)崾Э卣T導(dǎo)火災(zāi)依然是一個(gè)重大的安全隱患。本文全面梳理了當(dāng)前浸沒式液冷技術(shù)的研究進(jìn)展,分析了浸沒條件下鋰離子電池?zé)釣?zāi)害的多種模式，提出鋰離子電池新型熱災(zāi)害的研究趨勢(shì)。首先，介紹了浸沒式液冷技術(shù)及其優(yōu)劣勢(shì)、液冷方法以及液冷介質(zhì)，重點(diǎn)介紹了相變液冷技術(shù)以及部分常用液冷劑的物性參數(shù)；其次，梳理了近年來浸沒式液冷技術(shù)的進(jìn)展與政策；再次，從浸沒條件下鋰離子電池老化、熱失控以及二次災(zāi)害等方面對(duì)浸沒條件下新型鋰離子電池?zé)釣?zāi)害的模式進(jìn)行了深入分析和討論，并指出現(xiàn)有研究存在的不足；最后,提出未來浸沒式液冷條件下，新型鋰離子電池安全防護(hù)技術(shù)研究的發(fā)展方向。文章有助于提升浸沒條件下鋰離子電池組熱安全性，增強(qiáng)熱災(zāi)害發(fā)生后的應(yīng)急能力。
關(guān)鍵詞：鋰離子電池；火災(zāi)；液冷劑；浸沒式液冷技術(shù)；新型熱災(zāi)害模式
項(xiàng)目基金：北京市科技新星計(jì)劃項(xiàng)目（Z211100002121102）；天津市多元投入重點(diǎn)項(xiàng)目（22JCZDJC00900）；工業(yè)與公共建筑火災(zāi)防控技術(shù)應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（2023KLIB02）
研究意義
隨著鋰離子電池浸沒式液冷熱管理系統(tǒng)的大量推廣以及應(yīng)用，針對(duì)浸沒條件下的鋰離子電池?zé)崽匦赃M(jìn)行研究具有重要意義，此類研究有助于進(jìn)一步了解浸沒條件下鋰離子電池可能發(fā)生的熱災(zāi)害以及災(zāi)害特性，有助于提升災(zāi)前防范能力與災(zāi)后應(yīng)急處理水平，為未來浸沒式液冷技術(shù)的發(fā)展指明方向。
研究重點(diǎn)：鋰離子電池浸沒條件下新型熱災(zāi)害模式
1）鋰離子電池浸沒條件下老化
浸沒液冷下鋰離子電池將直接接觸液冷劑，可能會(huì)加快電池老化甚至腐蝕破裂。
圖1 浸沒液冷下鋰離子電池腐蝕破裂
2）鋰離子電池浸沒條件下熱失控
浸沒式液冷系統(tǒng)的應(yīng)用不能避免電池?zé)崾Э貫?zāi)害的發(fā)生，只能從一定程度上減弱熱失控程度并減緩熱失控在電池組內(nèi)的傳播。
圖2 浸沒液冷下鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑?
3）液冷劑二次災(zāi)害
鋰離子電池組周圍的液冷劑吸收熱失控時(shí)產(chǎn)生的大量熱量可能會(huì)發(fā)生汽化、熱解等反應(yīng)，增加浸沒液冷系統(tǒng)的潛在危險(xiǎn)性。
圖3 液冷劑汽化、熱解
4）可燃?xì)怏w二次災(zāi)害
鋰離子電池?zé)崾Э貢r(shí)，常伴隨有各種物質(zhì)從電池中噴射出來，包括氣體、液體和固體。其中氣體噴射產(chǎn)物主要含有二氧化碳、一氧化碳、氫氣和短鏈烴，大部分為可燃物質(zhì)。這些可燃?xì)怏w產(chǎn)物在液冷系統(tǒng)的受限空間內(nèi)聚集到達(dá)爆炸極限時(shí)，遇高溫將會(huì)在密閉空間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的二次爆炸災(zāi)害。
圖4 鋰離子電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生可燃?xì)怏w大量聚集
研究基礎(chǔ)：浸沒式鋰離子電池冷卻技術(shù)
鋰離子電池浸沒式液冷技術(shù)的優(yōu)劣分析如表1所示。鋰離子電池浸沒液冷技術(shù)包含多種方式，如圖5所示。其中相變液冷技術(shù)如圖6所示。
圖5 浸沒液冷技術(shù)示意圖
圖 6 相變液冷系統(tǒng)工作示意圖
研究結(jié)論
1）鋰離子電池老化會(huì)對(duì)電池性能以及熱失控特性產(chǎn)生影響，為提升浸沒式鋰離子電池組的熱安全性，為浸沒式液冷系統(tǒng)短期和長(zhǎng)期的技術(shù)可行性和效率提出指導(dǎo)性建議，亟須對(duì)浸沒條件下鋰離子電池的老化機(jī)理以及老化對(duì)浸沒條件下熱失控災(zāi)害的影響開展深入研究。
2）為加強(qiáng)對(duì)浸沒條件下鋰離子電池?zé)釣?zāi)害傳播特性的了解，助力性能更好的浸沒式液冷劑的遴選以及更好地掌握浸沒條件下鋰離子電池組熱失控特性以及傳播規(guī)律，提升消防安全，定量研究浸沒條件下鋰離子電池?zé)崾Э氐膫鞑ヌ匦跃哂幸欢ū匾浴?
3）為提升浸沒冷卻系統(tǒng)整體安全性，深入研究浸沒條件下鋰離子電池?zé)崾Э貢r(shí)高溫對(duì)周圍液冷劑的影響、浸沒條件下鋰離子電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生煙氣成分與特性、混合氣體在受限空間內(nèi)爆燃爆炸特性是未來的研究趨勢(shì)之一。
4）針對(duì)浸沒條件下鋰離子電池發(fā)生熱災(zāi)害時(shí)的應(yīng)對(duì)措施以及相關(guān)處理技術(shù)進(jìn)行研究具有重要意義，如浸沒條件下鋰離子電池?zé)崾Э睾鬁缁饎┑腻噙x、系統(tǒng)的泄壓設(shè)計(jì)以及混合可燃?xì)怏w的處置技術(shù)等。
