浏览116次
时间：2021年6月17日 14:55
灭火器作为“第一消防员”，通常在事故初期的处理中发挥着不可替代的重要作用。影响灭火器灭火性能的主要因素是灭火材料的选择，但现有技术中我们所熟知的灭火材料难以满足对燃烧锂电池进行高效灭火的需求：如传统干粉灭火器，仅仅依靠隔绝氧气以阻绝燃烧，在锂电池灭火处理上仍存在效率低、针对性差的缺点，动力电池起火后，电池的燃烧为无氧燃烧，通过隔绝氧气来进行灭火的普通灭火器（干粉、泡沫等）难以达到使用效果。锂离子电池火灾与普通火灾具有较大的不同，其作为能量聚集体，在热失控发生后因电池内部产热引起火灾，用常规通过物理稀释隔绝氧气或切断燃烧链的方法并不能彻底扑灭锂电池火灾，现有灭火剂如七氟丙烷只能扑灭明火，无法从根本上抑制火灾发生，往往稍后会出现复燃，锂电池反复性复燃对于现有灭火系统是一个也是一个巨大的挑战。
为了解决上述问题本文致力于制作一种含阻燃基团和吸热降解基团的氮系阻燃灭火剂，辅以加入黏土矿物和再生活性炭。其中含卤素的基团属于阻燃基团，含氮元素的基团属于吸热降解基团，卤系能够阻燃，但不吸热，氮系分解吸热，但无法阻燃，通过将卤系的阻燃和氮系的分解吸热相结合，可以大大提高阻燃性能，防止锂电池反复性复燃。在该灭火剂受热分解后，易放出氨气、氮气、深度氮氧化物、水蒸汽等不燃性气体，不燃性气体的生成和阻燃剂分解吸热带走大部分热量，极大地降低聚合物的表面温度。不燃气体，如氮气，起到了稀释空气中的氧气和高聚物受热分解产生可燃性气体的浓度的作用，在消耗材料表面氧气的同时，达到良好的阻燃效果。将氮系阻燃灭火剂与黏土矿物混合后制备得到纳米分散型锂电池灭火剂使用时，黏土可以隔绝空气，扑灭明火，随后黏土矿物中的氮系阻燃灭火剂能够起到阻燃降温的作用，从而使得黏土矿物与氮系阻燃剂能够协同阻燃，大幅度提高灭火性能，防止了锂电池火灾中反复性复燃等问题的产生。采用该灭火材料的灭火器，对于着火锂电池的灭火效率高、针对性强，效果优于市面上的普通灭火器，有望为新能源汽车的发展保驾护航。
实验部分
新型纳米分散型灭火材料的制备：
（1）在碱性条件下（pH＝11），将聚乙烯醇和氯化苄按摩尔比：1 混合在室温下搅拌反应 11h 制备得到衍生聚乙烯醇氯化苄；（2）将衍生聚乙烯醇氯化苄溶解于四氢呋喃中，随后加入 N，二甲基十六胺在 60℃下连续搅拌胺化反应 36h，其中衍生聚乙烯醇氯化苄中的乙烯基苄基氯单元和 N，N-二甲基十六胺的摩尔比为 3：1，制备得到氮系阻燃灭火剂前聚体溶液；（3）将氮系阻燃灭火剂前聚体溶液在 78℃下进行真空旋转蒸汽浓缩，随后再进行洗涤蒸馏，制备得到氮系阻燃灭火剂；（4）用磁棒将膨润土分散于水中，制备得到黏土悬浮液，随后将氮系阻燃灭火剂用四氢呋喃稀释后与黏土悬浮液混合，超声后形成阻燃悬浮液；
（5）将阻燃悬浮液搅拌后进行重复离心和采用 55wt％的四氢呋喃/水混合物进行洗涤，随后进行冷冻干燥，制备得到膨润土的质量占比为 30wt％的黏土阻燃灭火剂粉体；（6）将黏土阻燃灭火剂粉体在 700r/min 下球磨 4h，随后采用 250 目筛网进行分筛，制备得到纳米分散型锂电池灭火剂。
灭火性能测试
将制备得到的纳米分散型锂电池灭火剂装填至通用手提式灭火器钢瓶中，并填充 1.2Mpa 的氩气（实验室高纯度气体，纯度 99.999%）作为驱动，装填后密封钢瓶。与普通灭火器进行对比，对锂电池进行灭火试验，采用市场普遍流通的传统干粉灭火器（50%磷酸二氢铵、硫铵、1.2MPa 氮气驱动）对同一型号的 18650 锂电池进行灭火测试，比较两种灭火材料的灭火时间和喷射时间，测试数据如下表所示。
灭火剂类型 灭火时间（s） 复燃情况
传统干粉灭火器 128 有
新型纳米分散性灭火剂 34 无
由上述数据可知，我们制备得到的新型灭火剂降温灭火时间比目前市场上传统的干粉灭火剂短，灭火效果更好，且能够有效防止锂电池复燃。
表征测试及分析
将制备得到的氮系阻燃灭火剂和原料叔胺进行热分析，结果如图 1 所示，图中氮系阻燃灭火剂比原料叔胺曲线吸热峰的位置更高，说明其吸热量大更大。
将实施例 1 制备得到的氮系阻燃灭火剂进行红外分析，结果如图 2 所示，图中，（a）代表氯化苄红外曲线，（b）代表氮系阻燃灭火剂红外曲线，（c）代表聚乙烯醇氯化苄红外曲线，（d）代表聚乙烯醇红外曲线，从图中可知，氮系阻燃灭火剂具有预期的分子基团，其中包含阻燃基团、吸热降解基团。
图
图
参考文献
闫金定．锂离子电池发展现状及其前景分析[J].航空学报，，35（10）：
，Chen Z，Pan F，
，2018：
刘昌炎，慈云祥，周恒辉.锂离子电池电极材料研究进展化学进展，1998，10（01）：
辛森，郭玉国，万立骏.高能量密度锂二次电池电极材料研究进展[D].，
陆浩，刘柏男，褚鹰，等．锂离子电池负极材料产业化技术进展[J.储能科学与技术，2016，5（2）：
马延贵，牟长荣，吴三华.1988.聚乙烯醇生产技术[M].北京：纺织工业出版社
