发布时间:2024-09-26
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中国以 7% 的锂储量成为世界第四大锂储量国,但受限于昂贵的开采成本,导致锂的价格持续上涨。研究发现,锂离子电池中含有有价金属 Li、Co、Ni,与直接从天然矿物中提取金属相比,从金属含量高且杂质少的废旧锂离子电池中回收更容易。2020 年锂金属价格约 4.3 万元/吨,到 2022 年价格已经增长到约 50 万元/吨,价格增长超过了 10倍,这更增加了废旧锂离子电池回收的必要性。
动力电池的使用寿命通常为 4~6 年,自 2014 年以来,我国新能源汽车数量开始高速增长,直至今日,我国第一批新能源汽车动力电池已进入规模化退役期,一些公司发现废旧锂离子电池回收的潜力,开展了废旧 、锂离子电池回收业务,于是国内便掀起一股电池回收热潮。作为纲领性文件,《十四五工业绿色发展规划》表明,要在2025年建成较为完善的动力电池回收利用体系。在此背景下各种回收工艺应运而生,同时在回收过程中的安全性问题也日益显著。
回收过程中的安全问题也需要重点关注,如 2015年中国广东江门发生电解液泄漏事件造成了严重的环境污染;2016 年 9 月美国圣卡洛斯肖尔韦的金属回收设施中发生了火灾;2019年特斯拉工厂一处电池储能系统内,一个重达 13 t 的锂离子电池集装箱在初步测试时发生爆燃;2021年1月湖南邦普在回收锂离子电池的车间发生严重起火爆炸,造成较大伤亡。此外,在废电池回收运输过程中的安全问题也亟待解决。
近日多部门联合发布的《关于加快提升新能源汽车动力锂电池运输服务和安全保障能力的若干措施》的通知中,就明确要求提升锂离子电池运输安全管控能力,开展动力锂电池运输环节热失控报警机制、安全监测技术研究,推广应用智能视频监控报警、热失控预报警技术。
考虑到电池热失控过程中伴随着电压、内阻、温度等多种参数的变化,并伴随有特征气体的生成,将此类参数作为故障识别参数,引入电池热失控预警机制,也是目前提升电池安全性的一个重要手段。结合电池发生热失控的诱因和机理,以电池出现热失控时的特征参量对锂离子电池热失控进行预警。
电池热失控通常伴随的不仅仅是温度的升高,还会有大量烟雾和CO、C2H4、C2H6、C3H6、H2等可燃气体生成。这些气体以及烟雾的出现,使电池的热量积累到一定程度后导致了电池火灾的发生,并且在气体产生的过程中会导致电池的膨胀。因此,电池热失控过程与电池的温度紧密相关,并且伴随着内阻增大、电压波动、气体产生、压力增大等参数的变化,而这些参数的变化为电池热失控预警提供了依据。
为解决以上问题,研究人员将目光聚集到无线传感器网络上。针对整个废旧电池回收过程中的安全隐患,将传统监测手段与无线传感器网络相结合,可大大提高监测的效率与准确性,并且实现及时预警功能。
针对锂离子电池预警消防的技术需求特点,需要从消防安全标准体系建设、新型消防技术及装置研发和火灾早期探测预警装置研发等方面建立系统、科学的技术标准体系及测试规范,开发有针对性的锂离子电池安全预警系统性消防灭火技术。提升锂离子电池回收过程中的运输、储存及作业等方面安全性保障,促进锂离子电池回收利用在新型电力系统中的正规化、系统化、规模化应用。
铁算算盘4905基于锂离子电池热失控预警的火灾消防抑制方案=探测报警系统(锂电池热失控气体探测)+灭火系统(定点多次喷射全氟己酮以防止复燃和灭火,后期喷射细水雾,空间降温和防止火灾蔓延)。方案以“早发现,早预警,早处理”为原则,对锂离子电池热失控初级阶段进行超前探测预警 (极早期探测)并精准多次点喷抑制处理火灾,将火灾扑灭在萌芽阶段。
在火灾探测方面以探测报警系统为主,采用锂电池专用复合型探测器,同时检测电池箱的温度、一氧化碳(CO)、氢气(H2)、电解液泄漏气体(VOC)、烟雾等参数,并且通过综合算法进行判断,将信号传至主机,再传至各个平台。该探测报警系统能够极早期的超前探测到单个锂离子电池模块在初期火灾时,释放的信号,这样可以节约更多的时间处理信息以及将火灾抑制在较早时期。