锂离子电池因其优越的性能而广泛应用于电化学储能等领域。 然而，储能电站火灾事故已成为近年来关注的热点话题。 储能电站发生事故的主要原因是锂离子电池内部材料的不稳定性，进一步诱发电池的热失控产生大量气体，甚至点燃。 虽然对锂离子电池的热失控产气和火焰特性的研究较多，但研究对象集中在中小型电池上，储能用磷酸铁锂电池的热失控特性相对较少。 因此，本研究旨在分析磷酸铁锂电池热失控气体产生和火焰行为的特点，明确热失控行为的危险性，为电化学储能电站应急预案编制和消防设计提供理论依据。
中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室、安徽省电力科学研究院王庆松课题组以280ah磷酸铁锂电池为研究对象，运用实验方法研究了磷酸铁锂电池在过热条件下储能的热失控行为特征。从产气行为和火焰行为两个方面得到了热失控的热失控危害，揭示了储能用磷酸铁锂电池产热失控气体危险和火焰行为的表现形式。
1）量化了电池热失控过程的四个阶段。根据表面温度与升温速率的关系，将电池的热失控过程分为四个阶段：加热阶段、热失控孕育阶段、热失控阶段和冷却冷却阶段，如图1所示。 电池的表面温度主要受充电状态的影响，产生的气体或火焰辐射对电池本身的温度影响不大。
图1 不同充电状态下电池热失控过程中的表面温度上升率曲线。
2）揭示产气和发火行为的危险表现。
通过分析电池上方不同高度的气体温度可以看出，随着海拔高度的增加，气体温度逐渐降低，50%和100%SoC电池的最高产气温度分别为。 7、如图2所示;通过对气体成分的实时测量，在热失控过程中产生大量的二氧化碳和烷烃可燃气体，同时还存在大量的氢气和有毒有害气体，因此热失控气体产生行为的危险性主要表现在气体的毒性、窒息性和爆燃特性上。
在储能电站中，如果出现电火花，就会点燃大量的可燃气体，并且由于火焰的存在，会产生高温烟气和热辐射。 根据电池上方不同高度的火焰温度，最高温度可达750-900°C，如图3所示，同时，大量的电解液和可燃气体燃烧释放出大量的热量，对周围物品产生强烈的热辐射作用，因此热失控火焰行为的危险主要表现为高温火焰和强烈的热辐射。
图2 热失控过程中产气温度、成分及产气比例（H2除外）。
图3 热失控过程中火焰温度和热敏失控率变化曲线。
3）大容量磷酸铁锂电池存在内部热失控和扩散现象。在电池热失控期间，质量损失率存在多个峰值，如图 4 所示。 拆解热失控电池后，发现内部有四芯，四芯的热失控依次构成整个电池热失控的全过程，对应多个峰值质量损失率，如图5所示，因此大容量磷酸铁锂电池的热失控过程中存在明显的内部热失控扩散现象。
图4 100% SoC磷酸铁锂电池热失控过程中质量损失的变化曲线。
图5磷酸铁锂电池热失控内部传播过程示意图。
结果简介。以上研究成果发表在Journal of Energy Storage上，第一作者为王叔平，宋来峰等人为合作者，段强玲、王庆松为共同通讯作者。
shuping wang, laifeng song, changhao li, jiamin tian, kaiqiang jin, qiangling duan*, qingsong wang*. experimental study of gas production and flame beh**ior induced by the thermal runaway of 280 ah lithium iron phosphate battery, journal of energy storage 74 (2023) 109368.