сгенерировать QR код
Открытый доступ
Только для подписчиков
Анализ токсичных выбросов и опасных факторов пожара при тепловом разгоне литий-ионных батарей
https://doi.org/10.22227/0869-7493.2025.34.04.83-90
Аннотация
Представлены сведения об особенностях теплового разгона литий-ионных батарей (ЛИБ) различных типов и связанных с ним опасных факторов пожара. Выполнено обобщение данных по составу газообразных продуктов, выделяющихся при термическом разрушении компонентов ЛИБ с акцентом на повышенную токсичность угарного газа и фтороводорода. Проведен анализ экспериментальных концентраций данных веществ и их сопоставление с действующими нормативами (ПДК, IDLH, AEGL) с учетом объема помещений. Установлено, что даже одна ячейка ЛИБ может привести к превышению допустимых уровней CO и HF при недостаточной вентиляции. Даны рекомендации по включению специфических сценариев с участием ЛИБ в расчет пожарного риска и необходимости дополнительных исследований по моделированию их горения.
Ключевые слова
Об авторе
А. С. Харламенков
Академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий
Россия
Россия
ХАРЛАМЕНКОВ Александр Сергеевич, заместитель начальника кафедры специальной электротехники, автоматизированных систем и связи
129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4
РИНЦ AuthorID: 763967
Список литературы
1. Mossali E., Picone N., Gentilini L., Rodriguez O., Pérez J.M., Colledani M. Lithium-ion batteries towards circular economy : a literature review of opportunities and issues of recycling treatments // Journal of Environmental Management. 2020. No. 264. Р. 110500. DOI: 10.1016/j.jenvman.2020.110500
2. Itani K., De Bernardinis A. Review on New-Generation Batteries Technologies: Trends and Future Directions // Energies. 2023. No. 16 (22). P. 7530. DOI: 10.3390/en16227530. EDN QBBJWT.
3. Guo R., Yang Y., Huang X.L., Zhao Ch., Hu.B., Hou. F. еt al. Recent Advances in Multifunctional Binders for High Sulfur Loading Lithium–Sulfur Batteries // Advanced Functional Materials. 2023. No. 34 (1). DOI: 10.1002/adfm.202307108.EDNHDDVON.
4. Lee B.-J., Zhao Ch., Yu J.-H., Kang T.-H., Park H-Y. Kang. J. et al. Development of high-energy non-aqueous lithium–sulfur batteries via redox-active interlayer strategy // Nature Communications. 2022. No. 13 (4629). DOI: 10.1038/s41467-022-31943-8
5. Mahne N., Fontaine O., Thotiyl M.O., Wilkening M., Freunberger A.A. Mechanism and performance of lithium–oxygen batteries — a perspective // Chemical Science. 2017. No. 8 (10). Pp. 6716–6729. DOI: 10.1039/C7SC02519J
6. Ferraro M., Tumminia G. Techno-economics Analysis on Sodium-Ion Batteries: Overview and Prospective // Emerging Battery Technologies to Boost the Clean Energy Transition. 2024. Рp. 259–266. DOI: 10.1007/978-3-031-48359-2_14
7. Andersen H.F., Foss C.E. L., Voje J., Tronstad R., Mokkelbost T., Vullum P.E. et al. Silicon-Carbon composite anodes from industrial battery grade silicon // Scientific Reports. 2019. No. 9 (14814). DOI: 10.1038/s41598-019-51324-4
8. Liu X., Zhu X., Pan D. Solutions for the problems of silicon–carbon anode materials for lithium-ion batteries // Royal Society Open Science. 2018. No. 5 (6). Р. 172370. DOI: 10.1098/rsos.172370
9. Liu Y., Shao R., Jiang R., Song X., Jin Zh., Sun L. A review of existing and emerging binders for silicon anodic Li-ion batteries // Nano Research. 2023. No. 16 (5). Pp. 6736–6752. DOI: 10.1007/s12274-022-5281-7. EDN FBREOD.
10. Zhou K., Fang Y., Bao M., Fan W., Ren J., He P. et al. Self-Extinguishing Polyimide Sandwiched Separators for High-Safety and Fast Charging Lithium Metal Batteries // Journal of Power Sources. 2024. No. 610. Р. 234734. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2024.234734. EDN FXLSHU.
11. Скундин А.М., Кулова Т.Л., Григорьева О.Ю. Литий-ионные аккумуляторы : учебное пособие. М. : Издательство МЭИ, 2022. 99 с.
12. Chen Y., Kang Y., Zhao Y., Wang L., Liu J., Li Y. et al. A review of lithium-ion battery safety concerns: The issues, strategies, and testing standards // Journal of Energy Chemistry. 2020. No. 59. Pp. 83–89. DOI: 10.1016/j.jechem.2020.10.017. EDN DVVEBL.
13. Golubkov A.W., Fuchs D., Wagner J., Wiltsche H., Stangl Ch., Fauler G. Thermal-runaway experiments on consumer Li-ion batteries with metal-oxide and olivin-type cathodes // RSC Advances. 2014. No. 4 (7). Pp. 3633–3642. DOI: 10.1039/C3RA45748F
14. Qi Ch., Wang H., Li M., Li Ch., Li Y., Shi Ch. et al. Research on the Thermal Runaway Behavior and Flammability Limits of Sodium-Ion and Lithium-Ion Batteries // Batteries. 2025. No. 11 (1). P. 24. DOI: 10.3390/batteries11010024. EDN WXMKZO.
15. Yuan Y., Ma Q., Zhang X., Zhang F., Song X., Xin H. Influence of cathode materials on thermal characteristics of lithium-ion batteries // Frontiers in Chemistry. 2024. No. 12. Р. 13248440. DOI: 10.3389/fchem.2024.1324840. EDN HBTTFO.
16. Ribière P., Grugeon S., Morcrette M., Boyanov S., Laruelle, S., Marlair G. Investigation on the fire-induced hazards of Li-ion battery cells by fire calorimetry // Energy & Environmental Science. 2012. No. 5 (1). Pp. 5271–5280. DOI: 10.1039/C1EE02218K
17. Chen M., Zhou D., Chen X., Zhang W., Liu J. Yuen R. еt al. Investigation on the thermal hazards of 18650 lithium ion batteries by fire calorimeter // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2015. No. 122. Рp. 755–763. DOI: 10.1007/s10973-015-4751-5
18. Mazzaro M., Russo P., Longobardo G., Di Bari C., Cancelliere P. Fire Behaviour of NMC Li-ion Battery Cells // Proceedings of the Ninth International Seminar on Fire and Explosion Hazards. Saint Petersburg, 2019. No. 2. Рp. 881–890. DOI: 10.18720/spbpu/2/k19-136
19. Мокряк А.В., Мокряк А.Ю., Мельник А.А. Анализ остатков литий-ионных аккумуляторов после теплового разгона методом сканирующей электронной микроскопии // Международный научно-исследовательский журнал. 2023. № 4 (130). С. 1–9. DOI: 10.23670/IRJ.2023.130.63. EDN RHSTQD.
20. Claassen M., Bingham B., Chow J.C., Watson J.G., Wang Y., Wang X. Characterization of Lithium-Ion Battery Fire Emissions. Part 1: Chemical Composition of Fine Particles (PM2.5) // Batteries. 2024. No. 10 (9). P. 301. DOI: 10.3390/batteries10090301. EDN AHMGFL.
21. Claassen M., Bingham B., Chow J.C., Watson J.G., Wang Y., Wang X. Characterization of Lithium-Ion Battery Fire Emissions. Part 2: Particle Size Distributions and Emission Factors // Batteries. 2024. No. 10 (10). P. 366. DOI: 10.3390/batteries10100366. EDN KLNQHV.
22. Han J.Y., Jung S. Thermal Stability and the Effect of Water on Hydrogen Fluoride Generation in Lithium-Ion Battery Electrolytes Containing LiPF6 // Batteries. 2022. No. 8 (7). P. 61. DOI: 10.3390/batteries8070061. EDN ONJDBE.
23. Larsson F., Andersson P., Blomqvist P., Mellander B.-Е. Toxic fluoride gas emissions from lithium-ion battery fires // Scientific Reports. 2017. No. 7 (1). Pp. 1–13. DOI: 10.1038/s41598-017-09784-z. EDN MCPGWD.
24. Teng Zh., Lv Ch. Detection toward early-stage Thermal runaway gases of Li-ion battery by semiconductor sensor // Frontiers in Chemistry. 2025. No. 13. DOI: 10.3389/fchem.2025.1586903
25. Tschirschwitz R., Bernardy Ch. Harmful effects of lithium-ion battery Thermal runaway: scale-up tests from cell to second-life modules // RSC Advances. 2023. No. 13 (30). Pp. 20761–20779. DOI: 10.1039/d3ra02881j.EDN VXTQDC.
Рецензия
Для цитирования:
Харламенков А.С. Анализ токсичных выбросов и опасных факторов пожара при тепловом разгоне литий-ионных батарей. Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2025;34(4):83-90. https://doi.org/10.22227/0869-7493.2025.34.04.83-90
For citation:
Kharlamenkov A.S. Thermal runaway of lithium-ion batteries: analysis of toxic emissions and fire hazards. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2025;34(4):83-90. (In Russ.) https://doi.org/10.22227/0869-7493.2025.34.04.83-90
Просмотров:
6
Послать статью по эл. почте 