CN119034150A - 一种针对电池降温的消防沙及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对电池降温的消防沙及其制备方法和应用，涉及灭火剂技术领域，一种针对电池降温的消防沙，其特征在于，包括：含有灭火组分的液芯与核壳，并将两种组分经过高速搅拌组合成该消防沙；其中所述液芯的成分包括：阻燃剂、氟碳表面活性剂、非离子型表面活性剂、凝胶剂、去离子水；所述核壳为疏水性颗粒材料，该消防沙针对锂电储能电池环境温度快速上升，即将发生热失控时搭配干粉灭火剂喷嘴进行降温。本发明的灭火剂不仅能够在覆盖在锂电池表面隔绝氧气，而且通过凝胶内部的水分蒸发吸收大量的热量，达到冷却降温的目的，阻止电芯的热失控。

Description

一种针对电池降温的消防沙及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及灭火剂的技术领域，尤其涉及一种针对电池降温的消防沙及其制备方法和应用。

背景技术

目前常见的灭火剂为泡沫灭火剂、干粉灭火剂、水雾灭火剂、二氧化碳灭火剂、气溶胶灭火剂等。这些灭火剂对初期火灾扑救有良好的效果。但泡沫灭火剂耐高温性较差，灭火残余物可能污染环境或需特殊处理；水雾灭火剂耐低温性能较差，助剂浓度较低，灭火耗时较长，还会造成水渍危害；粉灭火剂降温效果一般，抗复燃性较弱，容易发生复燃；气溶胶灭火剂生产工艺流程复杂、成本较为昂贵，不利于大范围推广。研制一种成本低廉、灭火效率高的新型灭火材料是当前研究热点之一。

干水是一种白色的微小粉末，是由互不相溶的疏水型二氧化硅和水溶液混合形成一种核壳结构，含水量能达到60％以上。干水的灭火机理为核壳结构的细小白色粉体颗粒，遇热分解，通过冷却作用、稀释氧气效应及非均匀化学效应等灭火机理达到降温灭火的目的。对于锂电池，当锂电池内部产生的热量超过其消散热量的潜力时，就会引发热失控。这种不平衡经常引发不利的化学反应并升高温度，进而引发爆炸或火灾。干水灭火剂可以能够覆盖于电池表面，起到隔绝氧气与持续降温的作用，降低了电池的危险性并进一步的热失控。本发明的干水粉体灭火后残留量少，无易挥发物，无毒无害，是一种理想的灭火降温材料。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有一种针对电池降温的消防沙及其制备方法和应用存在的问题，提出了本发明。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种针对电池降温的消防沙，包括：含有灭火组分的液芯与核壳，并将两种组分经过高速搅拌组合成该消防沙；

其中所述液芯的成分包括：阻燃剂、氟碳表面活性剂、非离子型表面活性剂、凝胶剂、去离子水；

所述核壳为疏水性颗粒材料。

作为本发明所述一种针对电池降温的消防沙的一种优选方案，其中：所述所述阻燃剂为磷酸二氢铵、磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸三甲酯、甲基膦酸二甲酯、氯化钾、碳酸氢钾中的一种或几种。

作为本发明所述一种针对电池降温的消防沙的一种优选方案，其中：所述所述氟碳表面活性剂为1157、1470、1440、1460、1183、1475中的一种或几种。

作为本发明所述一种针对电池降温的消防沙的一种优选方案，其中：所述所述非离子型表面活性剂为吐温80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、BAC-12、CAB-35、咪唑啉中的一种或者几种。

作为本发明所述一种针对电池降温的消防沙的一种优选方案，其中：所述所述凝胶剂为结冷胶、黄原胶、羧甲基纤维素、海藻酸钠、卡拉胶、琼脂，聚乙烯醇中的一种或几种。

作为本发明所述一种针对电池降温的消防沙的一种优选方案，其中：所述核壳为疏水性二氧化硅(7-40nm)、二氧化钛、三氧化二铝、蒙脱土、膨润土中的一种或几种。

作为本发明所述一种针对电池降温的消防沙的一种优选方案，其中：所述所述液芯与核壳材料的质量之比为(85～95)：(5～15)。

此外，还提供了一种针对电池降温的消防沙的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：首先将阻燃剂、氟碳表面活性剂、非离子表面活性剂、凝胶剂，去离子水按一定比例进行混合，得到液芯溶液；

步骤二：然后选用7-40nm粒径的疏水性二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、蒙脱土、膨润土中的一种或几种作为核壳，将其与步骤一制得的滤芯溶液在高转速的搅拌设备中搅拌不低于30s，制得消防沙。

作为本发明所述一种针对电池降温的消防沙及其制备方法和应用的一种优选方案，其中：所述液芯制备时，各组分所占质量比为：阻燃剂10-15％,、氟碳表面活性剂0.1-2％、非离子型表面活性剂0.1-5％、凝胶剂1-5％，其余为去离子水。

一种针对电池降温的消防沙的应用，该消防沙针对锂电储能电池环境温度快速上升，即将发生热失控时搭配干粉灭火剂喷嘴进行降温。

本发明的有益效果：本发明制备方法制备的多功能干水灭火剂，的干水粉体灭火剂为疏水性纳米颗粒包裹小凝胶滴的结构。针对油火或者木材火，在灭火过程中，粉体可以附着在燃烧物表面起到隔绝空气和防止复燃的作用，提高了水的利用率，同时液芯所含化学物质能够在火灾中产生化学反应，减少火焰的燃烧能力，从而扑灭火灾。对于锂电池储能方面的应用，由于锂电的储能空间有限，当电池内部热量大量聚集，电池和周围环境温度快速上升，极易发生热失控，该灭火剂不仅能够在覆盖在锂电池表面隔绝氧气，而且通过凝胶内部的水分蒸发吸收大量的热量，达到冷却降温的目的，阻止电芯的热失控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明提出的一种针对电池降温的消防沙的制备方法的流程示意图图；

图2为本发明提出的一种针对电池降温的消防沙在实施例5中的灭火时间及其电池降温速率对比示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1，为本发明的一个实施例，提供了一种针对电池降温的消防沙及其制备方法和应用，此灭火剂包括：含有灭火组分的液芯与核壳，并将两种组分经过高速搅拌组合成该消防沙；

其中所述液芯的成分包括：阻燃剂、氟碳表面活性剂、非离子型表面活性剂、凝胶剂、去离子水；所述核壳为疏水性颗粒材料。

该消防沙针对锂电储能电池环境温度快速上升，即将发生热失控时搭配干粉灭火剂喷嘴进行降温。

实施例1，参照图1，制备过程中，其中各组分所占质量比为：阻燃剂10-15％,、氟碳表面活性剂0.1-2％、非离子型表面活性剂0.1-5％、凝胶剂0.1-5％，液芯与核壳材料的质量之比为(85～95)：(5～15)。

具体制备方法为：步骤一：将10g磷酸二氢铵、0.5g1157、1g十二烷基硫酸钠、1g聚乙烯醇、87.5g去离子水，40℃加热并以300r/min的转速搅拌2h，冷却至室温，液芯制备成功；

步骤二：取5.3g疏水二氧化硅将其与液芯在5000r/min，搅拌30s后得到多功能干水灭火剂。

实施例2

一种多功能干水灭火剂的制备及应用，其中各组分所占质量比为：阻燃剂10-15％,、氟碳表面活性剂0.1-2％、非离子型表面活性剂0.1-5％、凝胶剂0.1-5％，液芯与核壳材料的质量之比为(85～95)：(5～15)。

具体制备方法为：步骤一：将13g磷酸二氢铵、0.5g1157、0.5g1470，1g十二烷基硫酸钠、1g APG-0810,2g聚乙烯醇、82g去离子水，40℃加热并以300r/min的转速搅拌2h，冷却至室温，液芯制备成功；

步骤二：取5.3g疏水二氧化硅将其与液芯在5000r/min，搅拌30s后得到多功能干水灭火剂。

实施例3

一种多功能干水灭火剂的制备及应用，其中各组分所占质量比为：阻燃剂10-15％,、氟碳表面活性剂0.1-2％、非离子型表面活性剂0.1-5％、凝胶剂0.1-5％，液芯与核壳材料的质量之比为(85～95)：(5～15)。

具体制备方法为：步骤一：将10g聚磷酸铵、2g氯化钾、1.5g1470、1g APG-0810,2g黄原胶、0.5g卡拉胶、83g去离子水，50℃加热并以300r/min的转速搅拌2h，冷却至室温，液芯制备成功；

步骤二：取10g疏水二氧化硅将其与液芯在6000r/min，搅拌25s得到多功能干水灭火剂。

实施例4

一种多功能干水灭火剂的制备方法，其中各组分所占质量比为：阻燃剂10-15％,、氟碳表面活性剂0.1-2％、非离子型表面活性剂0.1-5％、凝胶剂0.1-5％，液芯与核壳材料的质量之比为(85～95)：(5～15)。

具体制备方法为：步骤一：将10g聚磷酸铵、2g氯化钾、1.5g1470、1g APG-0810、2g黄原胶、0.5g卡拉胶、83g去离子水，50℃加热并以300r/min的转速搅拌2h，冷却至室温，液芯制备成功；

步骤二：取10g疏水二氧化硅将其与液芯在6000r/min，搅拌25s得到多功能干水灭火剂。

实施例5

一种多功能干水灭火剂的制备及应用，其中各组分所占质量比为：阻燃剂10-15％,、氟碳表面活性剂0.1-2％、非离子型表面活性剂0.1-5％、凝胶剂0.1-5％，液芯与核壳材料的质量之比为(85～95)：(5～15)。

具体制备方法为：步骤一：将8g甲基膦酸二甲酯、2g碳酸氢钾、1.5g1475、1.5g吐温80、2g海藻酸钠、1g卡拉胶、84去离子水，50℃加热并以300r/min的转速搅拌2h，冷却至室温，液芯制备成功；

步骤二：取8g疏水二氧化硅、2g二氧化钛将其与液芯在6000r/min，搅拌25s得到多功能干水灭火剂。

对比例1

自来水

对比例2

普通市售超细干粉灭火剂。

对比例3

普通干水粉体，制备方法为：将疏水性纳米二氧化硅与去离子水按照质量比1：10

加入搅拌机中，在6000r/min搅拌30s，得到普通干水灭火剂。

对实施例1～5制备的多功能干水灭火剂、对比例1自来水、对比例2干粉灭火剂、对比例3干水灭火剂进行灭火测试，灭火剂B类灭火性能按照GB 4066-2017《干粉灭火剂》进行测试，灭火效果如表1所示；其中，火源和具体检测方法为：

为最大限度地降低环境因素以及人为操作对实验结果的影响，灭火试验在(5m×5m×3.5m)的房间内进行，房间顶部布置干水释放装置，装置由管道，灭火器罐以及喷嘴组成：3kg专用干粉灭火装置的储粉罐筒体内径约350mm,容积(12.0±0.2)L；装置的喷嘴直径约ф9.5mm，喷射口位于距油盘底部正中。实验用钢质油盘:直径1884mm,高200mm,盘壁厚度2.5mm。试验用燃料为工业庚烷。房间内配备有耐高温的摄像头，便于观察庚烷的燃烧以及熄灭的过程。通过控制灭火器罐的阀门，实现干水的释放，同时利用秒表记录喷射时间。

参照图2，试验过程为：将3Kg干水充入储粉罐中，用氮气充压至1.3Mpa，调节装置喷嘴，使喷嘴下缘距离水平地面2.30m。在油盘中加34L水后倒人60L燃料,并使油盘中各点的燃料深度不小于15mm,但液体深度不大于50mm。点火，启动秒表，预燃60s，启动灭火装置。每个样品进行3试验，取3试验的平均值作为最终试验结果，且试验结果如表1所示。

灭火剂类型	是否灭火	灭火时间/s
			实例1	是	55’15
实例2	是	56’00
			实例3	是	52’49
实例4	是	52’51
			实例5	是	51’07
对比例1	否	-
			对比例2	是	67’80
对比例3	否	-

表1

由表1可以看出，本发明提供的制备方法制备的多功能干水灭火剂灭火时间为51-56s，即可达到灭火效果，而对比例2干粉灭火剂的灭火时间约67s，对比例1自来水对比例3干水灭火剂并未实现灭火，说明本发明提供的制备方法制备的多功能干水灭火剂能够实现良好灭火效果，且相比于传统灭火材料消耗低，灭火效能高。

对实施例1～5、对比例2备得到的干水灭火剂、对比例1市售的干粉灭火剂进行锂电池降温测试，锂电池降温性能测试采用的锂电池为方形铝壳磷酸铁锂电池，额定容量为200A·h，电池单体质量为3950±100g，锂离子电池单体的尺寸为170mm×200mm×53mm，实验电池荷电状态(SOC)均为100％。储粉罐体积12L，喷嘴为干粉灭火剂喷嘴。施放干水采用气动的形式，将高压氮气瓶与储粉罐相连，通过调节气瓶上的减压阀控制施加压力。

参照图2，采用实验平台为PACK箱，PACK箱尺寸为1060mm×800mm×220mm，箱体西北角位置放置一块200A·h锂离子电池单体，并用固定夹板将加热板与锂电池固定，加热板功率为800W，热电偶布置于锂电池中心的位置、两侧，用于监测灭火过程中锂电池温度变化，其余位置紧密放置51块与锂离子电池单体尺寸相同的不锈钢假件。

实验过程为，启动加热装置对锂电池进行加热，加热至电芯中心温度升高至300℃，关闭加热装置。向PACK箱内喷射12L灭火剂，记录灭火过程中锂电池从最高温度降低至100℃的降温速率。降温效果如表2。

表2

由表2可以看出实例1-5对锂电池从最高温降低100℃的降温速率约为5.4℃/s,可以有效降低热失控锂电池温度，约为比例1-3的两倍，这是因为温度在300℃时，干水结构被破坏，内部水溶液溢出，通过蒸发吸热带走燃烧物的热量，表面包覆的二氧化硅等疏水性材料属于惰性物质，附着在锂电池表面，使其表面与氧气隔绝；液芯部分加入了阻燃剂等物质进一步吸热，实现了降温冷却的目的，阻止了火灾的发生。自来水喷射到锂电池表面，电芯的安全阀爆开，部分水进入安全阀，与电池内部发生剧烈反应，产生大量的浓烟，说明自来水难以对锂电池实现包覆作用，降温效果比较差。

综上所述，本发明提供的一种多功能干水灭火剂的制备和应用，可以有效的扑灭B类明火，对锂电池实现有效降温。该灭火剂降温效能高，使用方便，应用面广，是一种理想的灭火降温材料。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种针对电池降温的消防沙，其特征在于，包括：含有灭火组分的液芯与核壳，并将两种组分经过高速搅拌组合成该消防沙；

其中所述液芯的成分包括：阻燃剂、氟碳表面活性剂、非离子型表面活性剂、凝胶剂、去离子水；

所述核壳为疏水性颗粒材料。

2.根据权利要求1所述的一种针对电池降温的消防沙，其特征在于：所述所述阻燃剂为磷酸二氢铵、磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸三甲酯、甲基膦酸二甲酯、氯化钾、碳酸氢钾中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种针对电池降温的消防沙，其特征在于：所述所述氟碳表面活性剂为1157、1470、1440、1460、1183、1475中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种针对电池降温的消防沙，其特征在于：所述所述非离子型表面活性剂为吐温80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、BAC-12、CAB-35、咪唑啉中的一种或者几种。

5.根据权利要求1所述的一种针对电池降温的消防沙，其特征在于：所述所述凝胶剂为结冷胶、黄原胶、羧甲基纤维素、海藻酸钠、卡拉胶、琼脂，聚乙烯醇中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种针对电池降温的消防沙，其特征在于：所述核壳为疏水性二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、蒙脱土、膨润土中的一种或几种。

7.根据权利要求1-7任一项所述的一种针对电池降温的消防沙，其特征在于：所述所述液芯与核壳材料的质量之比为(85～95)：(5～15)。

8.根据权利要求7所述的一种针对电池降温的消防沙的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一：首先将阻燃剂、氟碳表面活性剂、非离子表面活性剂、凝胶剂，去离子水按一定比例进行混合，得到液芯溶液；

步骤二：然后选用7-40nm粒径的疏水性二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、蒙脱土、膨润土中的一种或几种作为核壳，将其与步骤一制得的滤芯溶液在高转速的搅拌设备中搅拌不低于30s，制得消防沙。

9.根据权利要求1所述的一种针对电池降温的消防沙的制备方法，其特征在于：所述液芯制备时，各组分所占质量比为：阻燃剂10-15％,、氟碳表面活性剂0.1-2％、非离子型表面活性剂0.1-5％、凝胶剂1-5％，其余为去离子水。

10.根据权利要求7所述的一种针对电池降温的消防沙的应用，其特征在于：该消防沙针对锂电储能电池环境温度快速上升，即将发生热失控时搭配干粉灭火剂喷嘴进行降温。