EPDM阻燃熱防護(hù)材料在鋰離子電池?zé)崾Э刂械难芯?/h1>
2020-07-15 07:42:54李向梅喬羽汪書蘋陳景輝范明豪高飛何吉宇楊凱楊榮杰
北京理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2020年6期
李向梅，喬羽，汪書蘋，陳景輝，范明豪，高飛，何吉宇，楊凱，楊榮杰
(1.北京理工大學(xué) 材料學(xué)院,國家阻燃材料工程技術(shù)研究中心，北京 100081；2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院 電力火災(zāi)與安全防護(hù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽，合肥 230022；3.國家電網(wǎng)公司輸變電設(shè)施火災(zāi)防護(hù)實(shí)驗(yàn)室，安徽，合肥 230022；4.中國電力科學(xué)研究院有限公司 新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100192)
三元乙丙橡膠(EPDM)是乙烯、丙烯以及非共軛二烯烴的三元共聚物，屬于飽和碳鏈橡膠，分子鏈中沒有極性取代基團(tuán)，空間位阻小，分子鏈比較柔順，表現(xiàn)出優(yōu)良的回彈性、耐低溫性和良好的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，體積膨脹率較低.EPDM受熱時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的碳鏈發(fā)生斷裂、分解，表層橡膠在炭化的同時(shí)會(huì)不斷剝蝕，可以帶走大量熱量，從而減少熱失控的危害，并以其耐老化、低成本、低密度等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于汽車部件、電線電纜護(hù)套、耐熱膠管、建筑用防水材料、以及固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)絕熱材料等領(lǐng)域[1].EPDM同時(shí)具有優(yōu)越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蝕的能力，自20世紀(jì)70年代以來,世界許多國家都對(duì)EPDM開展了廣泛的研究[2-3].
隨著全球人口的快速增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，石油天然氣等不可再生能源日益枯竭，能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，越來越多的國家和地區(qū)開始制定新能源汽車的發(fā)展計(jì)劃.自1991年被商業(yè)化使用以來，鋰離子電池憑借其高能量密度、無記憶效應(yīng)、長壽命、低自放電率和寬工作溫度范圍等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于純電動(dòng)汽車(EV)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PHEV)等新能源汽車產(chǎn)業(yè)和儲(chǔ)能電站當(dāng)中.但是作為高能量密度存儲(chǔ)的解決方案，鋰離子電池一直受到安全問題的嚴(yán)重困擾.舊電池性能下降，安全性、穩(wěn)定性也不如新電池.過熱、過充電、短路(包括外部和內(nèi)部)或擠壓等條件都會(huì)觸發(fā)電池失效或熱失控，同時(shí)發(fā)生火災(zāi)和爆炸，對(duì)人和環(huán)境造成十分嚴(yán)重的威脅[4-6].因此，研究鋰離子電池?zé)崾Э匾?guī)律和對(duì)鋰離子電池進(jìn)行阻燃材料的防護(hù)具有十分重要的意義.
當(dāng)前鋰離子電池?zé)岱雷o(hù)主要分為電池內(nèi)部設(shè)計(jì)和電池外部防護(hù)兩種手段，在電池內(nèi)部可以通過在電解液中添加阻燃改性劑以及隔膜的涂覆、共混、接枝改性等手段來進(jìn)行；電池外部防護(hù)措施通常包括安全泄壓閥、溫度敏感電極、熱封閉電極以及熱管理裝置等.
但在電解液中添加阻燃劑往往會(huì)對(duì)電池的充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性造成一定程度上的影響，而一般的外部防護(hù)材料如納米陶瓷，受限于材料本身的脆性，雖然可以有效阻止火焰蔓延，但材料本身強(qiáng)度不足，在電池組發(fā)生撞擊時(shí)無法對(duì)其繼續(xù)進(jìn)行有效的防護(hù)；又如特斯拉公司采用的“防火板”技術(shù)，是在每一塊18 650電池的周圍都填充滿該防火材料，這就導(dǎo)致了電池組空間利用率低，無形中減少了電池容量，對(duì)新能源汽車的續(xù)航里程也會(huì)造成一定的影響.
本研究所采用的EPDM阻燃熱防護(hù)材料力學(xué)強(qiáng)度高、韌性好，相較樹脂等其他常見復(fù)合材料，EPDM可以添加大量的阻燃劑等填料，添加量最高可達(dá)150%以上，而樹脂基復(fù)合材料的阻燃劑最大添加量一般在60%左右，不及EPDM的1/2.在鋰離子電池發(fā)生燃燒爆炸時(shí)，EPDM阻燃熱防護(hù)材料內(nèi)部的含磷復(fù)合阻燃劑可以快速成炭，在材料表面形成一層致密的陶瓷層，阻隔熱量的傳遞；與此同時(shí)，在發(fā)揮阻燃防護(hù)作用的同時(shí)不過多占用電池組內(nèi)部空間.
本文研究了不同阻燃體系的三元乙丙橡膠的隔熱性能和熱穩(wěn)定性，并進(jìn)行了阻燃三元乙丙橡膠對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э氐姆雷o(hù)初步研究.
1 實(shí)驗(yàn)材料與方法
1.1 原料及試劑
鋰離子電池組(電池容量為10 A·h)；三元乙丙橡膠(EPDM)，505 A，日本進(jìn)口；納米氧化鋅，北京賽特瑞科技發(fā)展有限公司；液體石蠟，化學(xué)純，廣東汕頭西隴化工廠；硬脂酸，化學(xué)純，天津天大化工實(shí)驗(yàn)廠；含磷復(fù)合阻燃劑(FR)，實(shí)驗(yàn)室自制；氣相法白炭黑，贏創(chuàng)嘉聯(lián)白炭黑(南平)有限公司；硅烷偶聯(lián)劑，贏創(chuàng)嵐星(日照)化學(xué)工業(yè)有限公司；纖維，美國杜邦公司；促進(jìn)劑，分析純，北京化學(xué)試劑公司；硫磺，洛陽市三瑞實(shí)業(yè)有限公司；二-(叔丁基過氧化異丙基)苯(BIPB)，上海森迪化工.具體配方體系詳見表1.
表1 EPDM的配方體系
1.2 EPDM的制備
首先將EPDM在雙輥混煉機(jī)上塑煉15 min，之后加入液體石蠟、纖維，下片薄通數(shù)遍.待目測(cè)上述填料分散較均勻后按照一定順序加入氧化鋅、硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸、阻燃劑、白炭黑等填料，最后加入促進(jìn)劑、BIPB與硫化劑，薄通數(shù)遍下片.
按照測(cè)試所需樣品尺寸規(guī)格，將試樣預(yù)先制成半成品，停放8 h以上，然后按照要求在特定模具中于160 ℃、15 MPa平板硫化機(jī)中硫化相應(yīng)時(shí)間后制得最終樣品.
1.3 測(cè)試與表征
1.3.1隔熱性能測(cè)試
采用北京理工大學(xué)自制背溫測(cè)試儀，以液化石油氣為點(diǎn)火源，在火源溫度為500，800 ℃的條件下，對(duì)EPDM進(jìn)行背面溫度測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為20 min，令火焰垂直噴射在樣品正面，通過與樣品背面直接接觸的2支熱電偶對(duì)樣品背面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取其平均值.
1.3.2熱重分析(TGA)測(cè)試
采用德國NETZSCH公司TG 209 F1 型熱重分析儀進(jìn)行測(cè)試，N2氣氛，溫度測(cè)試區(qū)間為40～800 ℃，升溫速率為10 ℃/min.
1.3.3模擬熱失控測(cè)試
實(shí)驗(yàn)室自制鋰離子電池燃燒蔓延規(guī)律實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.利用高速攝像技術(shù)、熱電偶測(cè)溫技術(shù)分析電池各階段的燃燒特性.采用探究實(shí)驗(yàn)的方式，在電池組之間無障礙情況下，以甲烷為點(diǎn)火源(火源溫度為600 ℃)引燃1塊電池發(fā)生熱失控反應(yīng)，探究它對(duì)其余鋰離子電池(樣品編號(hào)為D1-D10)的影響及導(dǎo)致的火災(zāi)蔓延速度和對(duì)周圍環(huán)境溫度的影響.
將10塊鋰離子電池，5個(gè)為一組、分成兩組并排捆綁到一起，其間以鐵絲纏繞、耐高溫膠帶固定的方式，在第1塊D1、第6塊D6的電池的前端中部和第5塊D5、第10塊D10電池的后端中部以及各電池之間中部安放熱電偶，安放位置與順序如表2所示.然后以甲烷為點(diǎn)火源，從第1塊A1電池的中部引燃熱失控，同時(shí)計(jì)時(shí)開始，并對(duì)在鋰離子電池燃燒測(cè)試時(shí)的火災(zāi)行為進(jìn)行了拍攝記錄，從而研究由第1塊電池?zé)崾Э睾舐拥降?0塊電池時(shí)，各個(gè)點(diǎn)的火焰溫度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，同時(shí)用高速攝影考察火災(zāi)爆炸時(shí)的影像.同樣，表3為有阻燃EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池的熱電偶安放位置，以甲烷為點(diǎn)火源，從第1塊D16電池的中部引燃熱失控.
表2 鋰離子電池的熱電偶安放位置
表3 有阻燃EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池的熱電偶安放位置
Tab.3 Thermocouple position of lithium-ion battery with EPDM
熱電偶擺放位置熱電偶序號(hào)熱電偶擺放位置熱電偶序號(hào)D16電池前端中部1?D16,D17電池之間中部2?D17,D18電池之間中部3?D18,D19電池之間中部4?D19,D20電池之間中部5?D20電池后端中部6?
2 結(jié)果與分析
2.1 EPDM阻燃材料的隔熱性能分析
在點(diǎn)火源溫度為800，500 ℃的條件下，對(duì)EPDM進(jìn)行背面溫度測(cè)試，圖2是EPDM分別在800和500 ℃的背面溫度隨時(shí)間變化的測(cè)試曲線，表4列出了EPDM在800，500 ℃下最終的背溫穩(wěn)定溫度.
表4 不同體系EPDM的背溫測(cè)試穩(wěn)定溫度
Tab.4 Back temperature of EPDM samples with different formulations in back temperature test
背面溫度(800℃)背面溫度(500℃)EPDM-控制-3mm407.4℃(燒穿)EPDM-對(duì)比樣-3mm213.7℃EPDM-阻燃-3mm324.8℃(燒穿)EPDM-阻燃-3mm185.1℃EPDM-控制-6mm321.9℃EPDM-對(duì)比樣-6mm195.5℃EPDM-阻燃-6mm253.3℃EPDM-阻燃-6mm165.7℃
從表4可以看出，在點(diǎn)火源溫度為800 ℃時(shí)，由于高分子完全分解，厚度為3 mm加阻燃劑與未加阻燃的三元乙丙橡膠在燃燒20 min后均被燒穿.而厚度為6 mm加阻燃劑與未加阻燃的三元乙丙橡膠試樣未發(fā)生燒穿現(xiàn)象，加阻燃劑的三元乙丙橡膠的背面溫度低于未加阻燃劑的三元乙丙橡膠的背面溫度；并且其背面溫度均隨時(shí)間的增加而增加，最后達(dá)到穩(wěn)定溫度后保持基本不變.厚度為6 mm加阻燃劑的三元乙丙橡膠的穩(wěn)定溫度較低，為253.3 ℃，而未加阻燃劑的EPDM的最終穩(wěn)定溫度為321.9 ℃.
在點(diǎn)火源溫度為500 ℃時(shí)，4組樣品均未發(fā)生燒穿現(xiàn)象，所有樣品的背面溫度開始均隨時(shí)間的增加而增加，最后達(dá)到各自的穩(wěn)定溫度，保持基本不變.實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，厚度因素起主要作用，厚度為3 mm未加阻燃劑和3 mm加入阻燃劑的三元乙丙橡膠因厚度較薄，背溫隨時(shí)間的增加而快速增長，背面溫度較高；厚度為6 mm未加阻燃劑和6 mm加入阻燃劑的三元乙丙橡膠的溫度隨溫度的增長緩慢，背面溫度較低.測(cè)試中后期，各個(gè)樣品溫度趨于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)加入阻燃劑的樣品燃燒成炭性較好，兩組樣品的穩(wěn)定溫度明顯低于未加阻燃劑的兩組.厚度為3，6 mm加阻燃劑的三元乙丙橡膠的穩(wěn)定溫度分別為185.1，165.7 ℃，說明在點(diǎn)火源溫度為500 ℃的條件下，厚度對(duì)背面溫度的影響并不顯著.
2.2 EPDM阻燃材料的熱失重分析
對(duì)6 mm加阻燃劑的三元乙丙橡膠進(jìn)行熱失重分析，圖3為阻燃EPDM樣品在氮?dú)鈿夥罩械腡GA和DTG曲線.樣品的初始分解溫度、最大熱失重速率、最大熱失重速率時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度以及900 ℃時(shí)的殘余質(zhì)量列于表5.
表5 EPDM阻燃材料熱失重?cái)?shù)據(jù)
未添加阻燃劑的EPDM在900 ℃時(shí)的殘?zhí)苛繛?5.77%，最大熱失重速率為15.57%/min，阻燃劑的添加降低了EPDM的初始分解溫度，由270.4 ℃降至259.7 ℃，但EPDM的最大熱失重速率、最大熱失重速率時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度以及900 ℃時(shí)的殘余質(zhì)量基本不受影響.
2.3 EPDM材料對(duì)鋰離子電池?zé)岱雷o(hù)研究
2.3.1阻燃EPDM對(duì)鋰離子電池火焰蔓延規(guī)律的影響
鋰離子電池之間溫度隨時(shí)間變化曲線如圖4(a)所示，1號(hào)熱電偶是位于火源直火灼燒處，在點(diǎn)火的同時(shí)瞬間升至火焰溫度，0～34 s為D1受熱氣體分解膨脹并且燃燒階段，并將大量熱量傳遞下去，所以此階段為鋸齒形波動(dòng)；隨后在34～200 s內(nèi)，溫度開始下降，參照實(shí)驗(yàn)中的影音拍攝資料，可以看到此階段1號(hào)熱電偶略微脫離直火灼燒處，使其溫度隨D2,D3,D4,D5爆炸和爆炸后的燃燒而產(chǎn)生波動(dòng)變化.2,3,4,5,6號(hào)熱電偶是隨D2,D3,D4,D5爆炸而溫度迅速上升，而后又隨其他電池的爆炸和燃燒使溫度保持在一段溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定.
有EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池之間溫度隨時(shí)間變化曲線如圖4(b)所示，1,2號(hào)熱電偶是位于火源直火灼燒處的第1塊電池D16隨著D16的爆炸而溫度急劇上升，后因阻燃三元乙丙橡膠的熱防護(hù)作用而保持穩(wěn)定溫度.3,4,5,6號(hào)熱電偶是因阻燃三元乙丙橡膠熱防護(hù)的原因而使其溫度始終保持在室溫附近范圍而未見升高.
將無阻燃EPDM材料防護(hù)的與熱失控D1鋰電池緊鄰的D2及其相鄰的D3鋰電池之間的溫度變化(即熱電偶編號(hào)為2,3)，有EPDM熱防護(hù)材料的與熱失控D16鋰電池緊鄰的D17及其相鄰的D18鋰電池之間的溫度變化(即熱電偶編號(hào)為2*,3*)進(jìn)行單獨(dú)比較，見圖5.可以明顯看到，在沒有阻燃EPDM材料熱防護(hù)時(shí)，緊鄰熱失控電池的D2及其相鄰的D3鋰電池燃燒時(shí)最高溫度可以分別達(dá)到530 ℃和650 ℃；而含有EPDM熱防護(hù)材料時(shí)，緊鄰熱失控D16的D17鋰電池燃燒爆炸時(shí)瞬間最高溫度為410 ℃，之后迅速下降，而與D17相鄰的D18在D16熱失控后最高溫度始終在室溫，未見變化.
2.3.2阻燃EPDM對(duì)鋰離子電池燃燒的影響
對(duì)未加阻燃EPDM和添加EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池的燃燒過程通過高速攝影影像進(jìn)行分析，見圖6.未加阻燃EPDM的D1～D5鋰離子電池組整體燃燒的高速攝影照片如圖6(a)所示，鋰離子電池組共發(fā)生5次爆炸，點(diǎn)火后34 s，由D1產(chǎn)生的第一次爆炸伴有大量白煙產(chǎn)生，隨后電池繼續(xù)以較小火焰燃燒一段時(shí)間，并且在此過程中，因D6～D10電池組受沖擊力而與D1～D5脫離接觸，所以D6～D10隨有輕度燃燒但沒有發(fā)生爆炸現(xiàn)象；3 min 12 s時(shí)，由D2產(chǎn)生的第2次爆炸，伴有大量白煙產(chǎn)生，隨后電池繼續(xù)以中等火焰燃燒；5 min 46 s時(shí)，由D3產(chǎn)生的第3次爆炸，伴有較多量白煙產(chǎn)生，隨后電池繼續(xù)以較大火焰燃燒；7 min 47 s時(shí)，由D4產(chǎn)生的第4次爆炸，伴有較多量白煙產(chǎn)生，隨后電池繼續(xù)以很大火焰劇烈燃燒；9 min 20 s時(shí)，由D5產(chǎn)生的發(fā)生第5次爆炸，伴有較多量白煙產(chǎn)生，隨后電池繼續(xù)燃燒至火焰減小；最后于12 min 46 s熄滅，燃燒停止.
有EPDM熱防護(hù)材料的D16～D20 5個(gè)鋰離子電池組整體燃燒的高速攝影照片如圖6(b)所示，從電池整體火勢(shì)情況來看，以600 ℃直火持續(xù)燃燒D16并保持50 min，在此過程中，只有D16發(fā)生爆炸，與D16緊密接觸的三元乙丙橡膠呈現(xiàn)出燃燒成炭狀態(tài)，而其他電池及與之緊密接觸的三元乙丙橡膠并未被引燃.點(diǎn)火后8 s，由D16被引燃；30 s時(shí)，D16發(fā)生爆炸；在31 s～8 min 04 s之間，電池繼續(xù)以較大火焰燃燒一段時(shí)間后火焰逐漸減?。恢? min 05 s時(shí)，火焰熄滅.
圖7是未加阻燃EPDM和添加EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池的燃燒爆炸后各個(gè)電池外觀形貌圖，從圖7(a)中可以看出，D1是受火源明火灼燒的第1塊電池，屬于明火灼燒致爆，因直火灼燒，使殼體內(nèi)的電解液受熱，迅速分解成氣體，充滿殼體內(nèi)，發(fā)生爆破.D2,D3,D4,D5屬于熱烘烤致爆，A11受到直火灼燒燃燒時(shí)，將大量的熱量傳遞下去，使其內(nèi)部的電解液受熱迅速分解成氣體并充滿于殼體內(nèi).當(dāng)殼體內(nèi)聚集大量氣體，其氣壓大于大氣壓時(shí)，致使殼體破裂，發(fā)生爆炸現(xiàn)象.
圖7(b)是有EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池組燃燒爆炸測(cè)試后電池外觀形貌圖，由圖7(b)可知，由電池正面(左側(cè))、反(右側(cè))面燃燒情況來看，D16屬于明火灼燒致爆，因直火灼燒，使殼體內(nèi)的電解液受熱，迅速分解成氣體，充滿殼體內(nèi)，爆破.D17,D18,D19,D20屬于熱烘烤而未致爆，A16受到直火灼燒燃燒時(shí)，將大量的熱量傳遞下去，但由于三元乙丙橡膠絕熱材料的存在，使得火勢(shì)并未達(dá)到D17～D20電池及與之緊密接觸的三元乙丙橡膠；雖有一部分熱量傳遞至D17～D20電池，但熱量較少，未使其爆炸，說明受到了第1塊三元乙丙橡膠絕熱材料的有效保護(hù).
圖8是鋰離子電池組爆炸實(shí)驗(yàn)前后EPDM熱防護(hù)材料的外觀形貌圖，由圖8(a)可知，在測(cè)試前EPDM熱防護(hù)材料呈黃棕色，形狀規(guī)整；而鋰離子電池組燃燒爆炸測(cè)試后的EPDM熱防護(hù)材料如圖8(b)所示，可以看出EPDM熱防護(hù)材料表面附著著一層明顯的炭層，且炭層強(qiáng)度較高，這是因?yàn)樵阡囯x子電池組發(fā)生燃燒爆炸時(shí)，EPDM熱防護(hù)材料中的含磷復(fù)合阻燃劑可以快速成炭，形成的炭層起到了隔熱隔氧的作用，可以有效阻隔火焰的蔓延和熱量的傳遞，對(duì)相鄰的鋰離子電池起到了持續(xù)防護(hù)的作用.
2.3.3阻燃EPDM對(duì)鋰離子電池燃燒周邊溫度的影響
圖9是在火源半徑30 cm處溫度隨時(shí)間的變化曲線，由圖9(a)可知，離火源半徑30 cm處周圍各個(gè)點(diǎn)的溫度隨D1的燃燒爆炸而產(chǎn)生較小的第1次波動(dòng)；之后隨D2,D3,D4,D5爆炸和爆炸后的燃燒而產(chǎn)生4次波動(dòng)，最后隨實(shí)驗(yàn)的結(jié)束降至室溫.結(jié)果證明，在鋰離子電池燃燒爆炸實(shí)驗(yàn)時(shí)，以電池組為中心，距電池組半徑30 cm處圓形區(qū)域的溫度均受到電池燃燒爆炸的影響而具有高達(dá)300 ℃的危害，證明在此過程中，此區(qū)域內(nèi)均是十分危險(xiǎn)的范圍.
圖9(b)是有EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池組火源半徑30 cm處溫度隨時(shí)間的變化曲線，從中可以看出，離火源半徑30 cm處各個(gè)點(diǎn)的溫度趨于20～28 ℃之間，當(dāng)在8 min 05 s即D16爆炸發(fā)生時(shí)，由于爆炸火焰劇烈，使各個(gè)點(diǎn)溫度迅速上升至28 ℃左右，產(chǎn)生較小的波動(dòng)，隨后在21～24 ℃之間，以室溫保持較為平穩(wěn)狀態(tài)，至最后實(shí)驗(yàn)結(jié)束.結(jié)果證明，在有EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池燃燒爆炸實(shí)驗(yàn)時(shí)，以電池組為中心，距電池組半徑30 cm處圓形區(qū)域的溫度較低，證明在此過程中，此區(qū)域及以外均在安全溫度范圍內(nèi).與之前沒有任何熱防護(hù)的鋰離子電池燃燒爆炸周圍溫度場(chǎng)情況相比差別十分明顯，進(jìn)一步佐證了EPDM對(duì)鋰離子電池進(jìn)行了有效的熱防護(hù)，給人的安全帶來了保障.
3 結(jié) 論
① 添加阻燃劑可以降低EPDM的背面溫度，提升其隔熱性能.隨阻燃EPDM樣品厚度的增加，隔熱性能增加；在火源溫度為500 ℃的條件下，厚度對(duì)背面溫度的影響并不明顯，厚度為3 mm加阻燃劑的EPDM的穩(wěn)定溫度為185.1 ℃.阻燃EPDM在900 ℃時(shí)的殘?zhí)苛繛?6.99%.
② 阻燃EPDM熱防護(hù)材料可以有效降低鋰離子電池?zé)崾Э貢r(shí)的連鎖爆炸反應(yīng)，采用厚度為3 mm的EPDM阻燃熱防護(hù)材料對(duì)鋰離子電池組能起到有效的阻燃防護(hù)作用，并未引起其臨近和相鄰電池組的燃燒爆炸反應(yīng).
③ 鋰離子電池受直火灼燒的電池發(fā)生爆炸后，與其相鄰的電池相繼燃燒爆炸，爆炸情況迅速且猛烈，其火災(zāi)周圍溫度場(chǎng)變化情況在距電池組半徑30 cm處圓形區(qū)域的溫度均受到電池燃燒爆炸的影響而具有高達(dá)300 ℃的危害，而添加了阻燃EPDM熱防護(hù)材料周邊30 cm半徑處的溫度僅為20～28 ℃.
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李向梅，喬羽，汪書蘋，陳景輝，范明豪，高飛，何吉宇，楊凱，楊榮杰
(1.北京理工大學(xué) 材料學(xué)院,國家阻燃材料工程技術(shù)研究中心，北京 100081；2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院 電力火災(zāi)與安全防護(hù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽，合肥 230022；3.國家電網(wǎng)公司輸變電設(shè)施火災(zāi)防護(hù)實(shí)驗(yàn)室，安徽，合肥 230022；4.中國電力科學(xué)研究院有限公司 新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100192)
三元乙丙橡膠(EPDM)是乙烯、丙烯以及非共軛二烯烴的三元共聚物，屬于飽和碳鏈橡膠，分子鏈中沒有極性取代基團(tuán)，空間位阻小，分子鏈比較柔順，表現(xiàn)出優(yōu)良的回彈性、耐低溫性和良好的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，體積膨脹率較低.EPDM受熱時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的碳鏈發(fā)生斷裂、分解，表層橡膠在炭化的同時(shí)會(huì)不斷剝蝕，可以帶走大量熱量，從而減少熱失控的危害，并以其耐老化、低成本、低密度等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于汽車部件、電線電纜護(hù)套、耐熱膠管、建筑用防水材料、以及固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)絕熱材料等領(lǐng)域[1].EPDM同時(shí)具有優(yōu)越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蝕的能力，自20世紀(jì)70年代以來,世界許多國家都對(duì)EPDM開展了廣泛的研究[2-3].
隨著全球人口的快速增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，石油天然氣等不可再生能源日益枯竭，能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，越來越多的國家和地區(qū)開始制定新能源汽車的發(fā)展計(jì)劃.自1991年被商業(yè)化使用以來，鋰離子電池憑借其高能量密度、無記憶效應(yīng)、長壽命、低自放電率和寬工作溫度范圍等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于純電動(dòng)汽車(EV)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PHEV)等新能源汽車產(chǎn)業(yè)和儲(chǔ)能電站當(dāng)中.但是作為高能量密度存儲(chǔ)的解決方案，鋰離子電池一直受到安全問題的嚴(yán)重困擾.舊電池性能下降，安全性、穩(wěn)定性也不如新電池.過熱、過充電、短路(包括外部和內(nèi)部)或擠壓等條件都會(huì)觸發(fā)電池失效或熱失控，同時(shí)發(fā)生火災(zāi)和爆炸，對(duì)人和環(huán)境造成十分嚴(yán)重的威脅[4-6].因此，研究鋰離子電池?zé)崾Э匾?guī)律和對(duì)鋰離子電池進(jìn)行阻燃材料的防護(hù)具有十分重要的意義.
當(dāng)前鋰離子電池?zé)岱雷o(hù)主要分為電池內(nèi)部設(shè)計(jì)和電池外部防護(hù)兩種手段，在電池內(nèi)部可以通過在電解液中添加阻燃改性劑以及隔膜的涂覆、共混、接枝改性等手段來進(jìn)行；電池外部防護(hù)措施通常包括安全泄壓閥、溫度敏感電極、熱封閉電極以及熱管理裝置等.
但在電解液中添加阻燃劑往往會(huì)對(duì)電池的充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性造成一定程度上的影響，而一般的外部防護(hù)材料如納米陶瓷，受限于材料本身的脆性，雖然可以有效阻止火焰蔓延，但材料本身強(qiáng)度不足，在電池組發(fā)生撞擊時(shí)無法對(duì)其繼續(xù)進(jìn)行有效的防護(hù)；又如特斯拉公司采用的“防火板”技術(shù)，是在每一塊18 650電池的周圍都填充滿該防火材料，這就導(dǎo)致了電池組空間利用率低，無形中減少了電池容量，對(duì)新能源汽車的續(xù)航里程也會(huì)造成一定的影響.
本研究所采用的EPDM阻燃熱防護(hù)材料力學(xué)強(qiáng)度高、韌性好，相較樹脂等其他常見復(fù)合材料，EPDM可以添加大量的阻燃劑等填料，添加量最高可達(dá)150%以上，而樹脂基復(fù)合材料的阻燃劑最大添加量一般在60%左右，不及EPDM的1/2.在鋰離子電池發(fā)生燃燒爆炸時(shí)，EPDM阻燃熱防護(hù)材料內(nèi)部的含磷復(fù)合阻燃劑可以快速成炭，在材料表面形成一層致密的陶瓷層，阻隔熱量的傳遞；與此同時(shí)，在發(fā)揮阻燃防護(hù)作用的同時(shí)不過多占用電池組內(nèi)部空間.
本文研究了不同阻燃體系的三元乙丙橡膠的隔熱性能和熱穩(wěn)定性，并進(jìn)行了阻燃三元乙丙橡膠對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э氐姆雷o(hù)初步研究.
1 實(shí)驗(yàn)材料與方法
1.1 原料及試劑
鋰離子電池組(電池容量為10 A·h)；三元乙丙橡膠(EPDM)，505 A，日本進(jìn)口；納米氧化鋅，北京賽特瑞科技發(fā)展有限公司；液體石蠟，化學(xué)純，廣東汕頭西隴化工廠；硬脂酸，化學(xué)純，天津天大化工實(shí)驗(yàn)廠；含磷復(fù)合阻燃劑(FR)，實(shí)驗(yàn)室自制；氣相法白炭黑，贏創(chuàng)嘉聯(lián)白炭黑(南平)有限公司；硅烷偶聯(lián)劑，贏創(chuàng)嵐星(日照)化學(xué)工業(yè)有限公司；纖維，美國杜邦公司；促進(jìn)劑，分析純，北京化學(xué)試劑公司；硫磺，洛陽市三瑞實(shí)業(yè)有限公司；二-(叔丁基過氧化異丙基)苯(BIPB)，上海森迪化工.具體配方體系詳見表1.
表1 EPDM的配方體系
1.2 EPDM的制備
首先將EPDM在雙輥混煉機(jī)上塑煉15 min，之后加入液體石蠟、纖維，下片薄通數(shù)遍.待目測(cè)上述填料分散較均勻后按照一定順序加入氧化鋅、硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸、阻燃劑、白炭黑等填料，最后加入促進(jìn)劑、BIPB與硫化劑，薄通數(shù)遍下片.
按照測(cè)試所需樣品尺寸規(guī)格，將試樣預(yù)先制成半成品，停放8 h以上，然后按照要求在特定模具中于160 ℃、15 MPa平板硫化機(jī)中硫化相應(yīng)時(shí)間后制得最終樣品.
1.3 測(cè)試與表征
1.3.1隔熱性能測(cè)試
采用北京理工大學(xué)自制背溫測(cè)試儀，以液化石油氣為點(diǎn)火源，在火源溫度為500，800 ℃的條件下，對(duì)EPDM進(jìn)行背面溫度測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為20 min，令火焰垂直噴射在樣品正面，通過與樣品背面直接接觸的2支熱電偶對(duì)樣品背面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取其平均值.
1.3.2熱重分析(TGA)測(cè)試
采用德國NETZSCH公司TG 209 F1 型熱重分析儀進(jìn)行測(cè)試，N2氣氛，溫度測(cè)試區(qū)間為40～800 ℃，升溫速率為10 ℃/min.
1.3.3模擬熱失控測(cè)試
實(shí)驗(yàn)室自制鋰離子電池燃燒蔓延規(guī)律實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.利用高速攝像技術(shù)、熱電偶測(cè)溫技術(shù)分析電池各階段的燃燒特性.采用探究實(shí)驗(yàn)的方式，在電池組之間無障礙情況下，以甲烷為點(diǎn)火源(火源溫度為600 ℃)引燃1塊電池發(fā)生熱失控反應(yīng)，探究它對(duì)其余鋰離子電池(樣品編號(hào)為D1-D10)的影響及導(dǎo)致的火災(zāi)蔓延速度和對(duì)周圍環(huán)境溫度的影響.
將10塊鋰離子電池，5個(gè)為一組、分成兩組并排捆綁到一起，其間以鐵絲纏繞、耐高溫膠帶固定的方式，在第1塊D1、第6塊D6的電池的前端中部和第5塊D5、第10塊D10電池的后端中部以及各電池之間中部安放熱電偶，安放位置與順序如表2所示.然后以甲烷為點(diǎn)火源，從第1塊A1電池的中部引燃熱失控，同時(shí)計(jì)時(shí)開始，并對(duì)在鋰離子電池燃燒測(cè)試時(shí)的火災(zāi)行為進(jìn)行了拍攝記錄，從而研究由第1塊電池?zé)崾Э睾舐拥降?0塊電池時(shí)，各個(gè)點(diǎn)的火焰溫度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，同時(shí)用高速攝影考察火災(zāi)爆炸時(shí)的影像.同樣，表3為有阻燃EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池的熱電偶安放位置，以甲烷為點(diǎn)火源，從第1塊D16電池的中部引燃熱失控.
表2 鋰離子電池的熱電偶安放位置
表3 有阻燃EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池的熱電偶安放位置
Tab.3 Thermocouple position of lithium-ion battery with EPDM
熱電偶擺放位置熱電偶序號(hào)熱電偶擺放位置熱電偶序號(hào)D16電池前端中部1?D16,D17電池之間中部2?D17,D18電池之間中部3?D18,D19電池之間中部4?D19,D20電池之間中部5?D20電池后端中部6?
2 結(jié)果與分析
2.1 EPDM阻燃材料的隔熱性能分析
在點(diǎn)火源溫度為800，500 ℃的條件下，對(duì)EPDM進(jìn)行背面溫度測(cè)試，圖2是EPDM分別在800和500 ℃的背面溫度隨時(shí)間變化的測(cè)試曲線，表4列出了EPDM在800，500 ℃下最終的背溫穩(wěn)定溫度.
表4 不同體系EPDM的背溫測(cè)試穩(wěn)定溫度
Tab.4 Back temperature of EPDM samples with different formulations in back temperature test
背面溫度(800℃)背面溫度(500℃)EPDM-控制-3mm407.4℃(燒穿)EPDM-對(duì)比樣-3mm213.7℃EPDM-阻燃-3mm324.8℃(燒穿)EPDM-阻燃-3mm185.1℃EPDM-控制-6mm321.9℃EPDM-對(duì)比樣-6mm195.5℃EPDM-阻燃-6mm253.3℃EPDM-阻燃-6mm165.7℃
從表4可以看出，在點(diǎn)火源溫度為800 ℃時(shí)，由于高分子完全分解，厚度為3 mm加阻燃劑與未加阻燃的三元乙丙橡膠在燃燒20 min后均被燒穿.而厚度為6 mm加阻燃劑與未加阻燃的三元乙丙橡膠試樣未發(fā)生燒穿現(xiàn)象，加阻燃劑的三元乙丙橡膠的背面溫度低于未加阻燃劑的三元乙丙橡膠的背面溫度；并且其背面溫度均隨時(shí)間的增加而增加，最后達(dá)到穩(wěn)定溫度后保持基本不變.厚度為6 mm加阻燃劑的三元乙丙橡膠的穩(wěn)定溫度較低，為253.3 ℃，而未加阻燃劑的EPDM的最終穩(wěn)定溫度為321.9 ℃.
在點(diǎn)火源溫度為500 ℃時(shí)，4組樣品均未發(fā)生燒穿現(xiàn)象，所有樣品的背面溫度開始均隨時(shí)間的增加而增加，最后達(dá)到各自的穩(wěn)定溫度，保持基本不變.實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，厚度因素起主要作用，厚度為3 mm未加阻燃劑和3 mm加入阻燃劑的三元乙丙橡膠因厚度較薄，背溫隨時(shí)間的增加而快速增長，背面溫度較高；厚度為6 mm未加阻燃劑和6 mm加入阻燃劑的三元乙丙橡膠的溫度隨溫度的增長緩慢，背面溫度較低.測(cè)試中后期，各個(gè)樣品溫度趨于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)加入阻燃劑的樣品燃燒成炭性較好，兩組樣品的穩(wěn)定溫度明顯低于未加阻燃劑的兩組.厚度為3，6 mm加阻燃劑的三元乙丙橡膠的穩(wěn)定溫度分別為185.1，165.7 ℃，說明在點(diǎn)火源溫度為500 ℃的條件下，厚度對(duì)背面溫度的影響并不顯著.
2.2 EPDM阻燃材料的熱失重分析
對(duì)6 mm加阻燃劑的三元乙丙橡膠進(jìn)行熱失重分析，圖3為阻燃EPDM樣品在氮?dú)鈿夥罩械腡GA和DTG曲線.樣品的初始分解溫度、最大熱失重速率、最大熱失重速率時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度以及900 ℃時(shí)的殘余質(zhì)量列于表5.
表5 EPDM阻燃材料熱失重?cái)?shù)據(jù)
未添加阻燃劑的EPDM在900 ℃時(shí)的殘?zhí)苛繛?5.77%，最大熱失重速率為15.57%/min，阻燃劑的添加降低了EPDM的初始分解溫度，由270.4 ℃降至259.7 ℃，但EPDM的最大熱失重速率、最大熱失重速率時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度以及900 ℃時(shí)的殘余質(zhì)量基本不受影響.
2.3 EPDM材料對(duì)鋰離子電池?zé)岱雷o(hù)研究
2.3.1阻燃EPDM對(duì)鋰離子電池火焰蔓延規(guī)律的影響
鋰離子電池之間溫度隨時(shí)間變化曲線如圖4(a)所示，1號(hào)熱電偶是位于火源直火灼燒處，在點(diǎn)火的同時(shí)瞬間升至火焰溫度，0～34 s為D1受熱氣體分解膨脹并且燃燒階段，并將大量熱量傳遞下去，所以此階段為鋸齒形波動(dòng)；隨后在34～200 s內(nèi)，溫度開始下降，參照實(shí)驗(yàn)中的影音拍攝資料，可以看到此階段1號(hào)熱電偶略微脫離直火灼燒處，使其溫度隨D2,D3,D4,D5爆炸和爆炸后的燃燒而產(chǎn)生波動(dòng)變化.2,3,4,5,6號(hào)熱電偶是隨D2,D3,D4,D5爆炸而溫度迅速上升，而后又隨其他電池的爆炸和燃燒使溫度保持在一段溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定.
有EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池之間溫度隨時(shí)間變化曲線如圖4(b)所示，1,2號(hào)熱電偶是位于火源直火灼燒處的第1塊電池D16隨著D16的爆炸而溫度急劇上升，后因阻燃三元乙丙橡膠的熱防護(hù)作用而保持穩(wěn)定溫度.3,4,5,6號(hào)熱電偶是因阻燃三元乙丙橡膠熱防護(hù)的原因而使其溫度始終保持在室溫附近范圍而未見升高.
將無阻燃EPDM材料防護(hù)的與熱失控D1鋰電池緊鄰的D2及其相鄰的D3鋰電池之間的溫度變化(即熱電偶編號(hào)為2,3)，有EPDM熱防護(hù)材料的與熱失控D16鋰電池緊鄰的D17及其相鄰的D18鋰電池之間的溫度變化(即熱電偶編號(hào)為2*,3*)進(jìn)行單獨(dú)比較，見圖5.可以明顯看到，在沒有阻燃EPDM材料熱防護(hù)時(shí)，緊鄰熱失控電池的D2及其相鄰的D3鋰電池燃燒時(shí)最高溫度可以分別達(dá)到530 ℃和650 ℃；而含有EPDM熱防護(hù)材料時(shí)，緊鄰熱失控D16的D17鋰電池燃燒爆炸時(shí)瞬間最高溫度為410 ℃，之后迅速下降，而與D17相鄰的D18在D16熱失控后最高溫度始終在室溫，未見變化.
2.3.2阻燃EPDM對(duì)鋰離子電池燃燒的影響
對(duì)未加阻燃EPDM和添加EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池的燃燒過程通過高速攝影影像進(jìn)行分析，見圖6.未加阻燃EPDM的D1～D5鋰離子電池組整體燃燒的高速攝影照片如圖6(a)所示，鋰離子電池組共發(fā)生5次爆炸，點(diǎn)火后34 s，由D1產(chǎn)生的第一次爆炸伴有大量白煙產(chǎn)生，隨后電池繼續(xù)以較小火焰燃燒一段時(shí)間，并且在此過程中，因D6～D10電池組受沖擊力而與D1～D5脫離接觸，所以D6～D10隨有輕度燃燒但沒有發(fā)生爆炸現(xiàn)象；3 min 12 s時(shí)，由D2產(chǎn)生的第2次爆炸，伴有大量白煙產(chǎn)生，隨后電池繼續(xù)以中等火焰燃燒；5 min 46 s時(shí)，由D3產(chǎn)生的第3次爆炸，伴有較多量白煙產(chǎn)生，隨后電池繼續(xù)以較大火焰燃燒；7 min 47 s時(shí)，由D4產(chǎn)生的第4次爆炸，伴有較多量白煙產(chǎn)生，隨后電池繼續(xù)以很大火焰劇烈燃燒；9 min 20 s時(shí)，由D5產(chǎn)生的發(fā)生第5次爆炸，伴有較多量白煙產(chǎn)生，隨后電池繼續(xù)燃燒至火焰減小；最后于12 min 46 s熄滅，燃燒停止.
有EPDM熱防護(hù)材料的D16～D20 5個(gè)鋰離子電池組整體燃燒的高速攝影照片如圖6(b)所示，從電池整體火勢(shì)情況來看，以600 ℃直火持續(xù)燃燒D16并保持50 min，在此過程中，只有D16發(fā)生爆炸，與D16緊密接觸的三元乙丙橡膠呈現(xiàn)出燃燒成炭狀態(tài)，而其他電池及與之緊密接觸的三元乙丙橡膠并未被引燃.點(diǎn)火后8 s，由D16被引燃；30 s時(shí)，D16發(fā)生爆炸；在31 s～8 min 04 s之間，電池繼續(xù)以較大火焰燃燒一段時(shí)間后火焰逐漸減?。恢? min 05 s時(shí)，火焰熄滅.
圖7是未加阻燃EPDM和添加EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池的燃燒爆炸后各個(gè)電池外觀形貌圖，從圖7(a)中可以看出，D1是受火源明火灼燒的第1塊電池，屬于明火灼燒致爆，因直火灼燒，使殼體內(nèi)的電解液受熱，迅速分解成氣體，充滿殼體內(nèi)，發(fā)生爆破.D2,D3,D4,D5屬于熱烘烤致爆，A11受到直火灼燒燃燒時(shí)，將大量的熱量傳遞下去，使其內(nèi)部的電解液受熱迅速分解成氣體并充滿于殼體內(nèi).當(dāng)殼體內(nèi)聚集大量氣體，其氣壓大于大氣壓時(shí)，致使殼體破裂，發(fā)生爆炸現(xiàn)象.
圖7(b)是有EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池組燃燒爆炸測(cè)試后電池外觀形貌圖，由圖7(b)可知，由電池正面(左側(cè))、反(右側(cè))面燃燒情況來看，D16屬于明火灼燒致爆，因直火灼燒，使殼體內(nèi)的電解液受熱，迅速分解成氣體，充滿殼體內(nèi)，爆破.D17,D18,D19,D20屬于熱烘烤而未致爆，A16受到直火灼燒燃燒時(shí)，將大量的熱量傳遞下去，但由于三元乙丙橡膠絕熱材料的存在，使得火勢(shì)并未達(dá)到D17～D20電池及與之緊密接觸的三元乙丙橡膠；雖有一部分熱量傳遞至D17～D20電池，但熱量較少，未使其爆炸，說明受到了第1塊三元乙丙橡膠絕熱材料的有效保護(hù).
圖8是鋰離子電池組爆炸實(shí)驗(yàn)前后EPDM熱防護(hù)材料的外觀形貌圖，由圖8(a)可知，在測(cè)試前EPDM熱防護(hù)材料呈黃棕色，形狀規(guī)整；而鋰離子電池組燃燒爆炸測(cè)試后的EPDM熱防護(hù)材料如圖8(b)所示，可以看出EPDM熱防護(hù)材料表面附著著一層明顯的炭層，且炭層強(qiáng)度較高，這是因?yàn)樵阡囯x子電池組發(fā)生燃燒爆炸時(shí)，EPDM熱防護(hù)材料中的含磷復(fù)合阻燃劑可以快速成炭，形成的炭層起到了隔熱隔氧的作用，可以有效阻隔火焰的蔓延和熱量的傳遞，對(duì)相鄰的鋰離子電池起到了持續(xù)防護(hù)的作用.
2.3.3阻燃EPDM對(duì)鋰離子電池燃燒周邊溫度的影響
圖9是在火源半徑30 cm處溫度隨時(shí)間的變化曲線，由圖9(a)可知，離火源半徑30 cm處周圍各個(gè)點(diǎn)的溫度隨D1的燃燒爆炸而產(chǎn)生較小的第1次波動(dòng)；之后隨D2,D3,D4,D5爆炸和爆炸后的燃燒而產(chǎn)生4次波動(dòng)，最后隨實(shí)驗(yàn)的結(jié)束降至室溫.結(jié)果證明，在鋰離子電池燃燒爆炸實(shí)驗(yàn)時(shí)，以電池組為中心，距電池組半徑30 cm處圓形區(qū)域的溫度均受到電池燃燒爆炸的影響而具有高達(dá)300 ℃的危害，證明在此過程中，此區(qū)域內(nèi)均是十分危險(xiǎn)的范圍.
圖9(b)是有EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池組火源半徑30 cm處溫度隨時(shí)間的變化曲線，從中可以看出，離火源半徑30 cm處各個(gè)點(diǎn)的溫度趨于20～28 ℃之間，當(dāng)在8 min 05 s即D16爆炸發(fā)生時(shí)，由于爆炸火焰劇烈，使各個(gè)點(diǎn)溫度迅速上升至28 ℃左右，產(chǎn)生較小的波動(dòng)，隨后在21～24 ℃之間，以室溫保持較為平穩(wěn)狀態(tài)，至最后實(shí)驗(yàn)結(jié)束.結(jié)果證明，在有EPDM熱防護(hù)材料的鋰離子電池燃燒爆炸實(shí)驗(yàn)時(shí)，以電池組為中心，距電池組半徑30 cm處圓形區(qū)域的溫度較低，證明在此過程中，此區(qū)域及以外均在安全溫度范圍內(nèi).與之前沒有任何熱防護(hù)的鋰離子電池燃燒爆炸周圍溫度場(chǎng)情況相比差別十分明顯，進(jìn)一步佐證了EPDM對(duì)鋰離子電池進(jìn)行了有效的熱防護(hù)，給人的安全帶來了保障.
3 結(jié) 論
① 添加阻燃劑可以降低EPDM的背面溫度，提升其隔熱性能.隨阻燃EPDM樣品厚度的增加，隔熱性能增加；在火源溫度為500 ℃的條件下，厚度對(duì)背面溫度的影響并不明顯，厚度為3 mm加阻燃劑的EPDM的穩(wěn)定溫度為185.1 ℃.阻燃EPDM在900 ℃時(shí)的殘?zhí)苛繛?6.99%.
② 阻燃EPDM熱防護(hù)材料可以有效降低鋰離子電池?zé)崾Э貢r(shí)的連鎖爆炸反應(yīng)，采用厚度為3 mm的EPDM阻燃熱防護(hù)材料對(duì)鋰離子電池組能起到有效的阻燃防護(hù)作用，并未引起其臨近和相鄰電池組的燃燒爆炸反應(yīng).
③ 鋰離子電池受直火灼燒的電池發(fā)生爆炸后，與其相鄰的電池相繼燃燒爆炸，爆炸情況迅速且猛烈，其火災(zāi)周圍溫度場(chǎng)變化情況在距電池組半徑30 cm處圓形區(qū)域的溫度均受到電池燃燒爆炸的影響而具有高達(dá)300 ℃的危害，而添加了阻燃EPDM熱防護(hù)材料周邊30 cm半徑處的溫度僅為20～28 ℃.
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