CN117258208A - 一种适用于锂电池消防的灭火剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于锂电池消防的灭火剂及其制备方法，包括灭火剂组分、含氟冷却剂组分、氢氟环戊烷组分和添加剂组分；各组分的质量份数：灭火剂组分10‑60份；含氟冷却剂组分30‑70份；氢氟环戊烷组分5‑30份，添加剂组分0.5‑5份。本发明具有灭火高效，吸热能力强，环境友好，腐蚀性低，气相绝缘等优点，能够迅速扑灭明火，并对锂电池快速降温，抑制锂电池热失控蔓延，防止复燃。
Description
技术领域
本发明提供一种适用于锂电池消防的灭火剂及其制备方法，属于灭火剂技术领域。
技术背景
锂电池火灾具有燃烧温度高、速度快，扑救困难等特点。而且，锂电池燃烧是内部化学物质反应，不需要为外部空气助燃，容易产生放热连锁反应，持续增加温度，促进锂电池内部反应向正反应进行，同时会释放大量有毒有害气体，严重时容易出现爆炸情况，这给消防救援带来巨大的挑战。
锂电池火灾大多是由于其内部热失控引起，而且锂电池的放热连锁反应是造成其火势蔓延的关键。所以，防止锂电池热失控，或热失控发生后抑制其放热连锁反应才能有效降低锂电池热灾害造成的影响。灭火剂技术是火灾扑救技战术的重要基础与前提，我国现阶段使用的灭火剂种类主要包括气体灭火剂(卤代烷、氢氟烷烃和惰性气体等)、干粉灭火剂、气溶胶灭火剂、惰性气体灭火剂、泡沫灭火剂、水基灭火剂和细水雾灭火剂等。其中，卤代烷灭火剂由于破坏臭氧层而在民用领域禁止，氢氟烷烃灭火剂的温室效应潜能值较高，只能作为过渡性产品使用，而且，气体灭火剂吸热能力较弱，对锂电池热失控的防护效果较差；另外，干粉灭火剂和气溶胶灭火剂都是固态灭火剂，没有降温能力，而且这两种灭火剂都含有金属盐，具有一定的导电性能，不适用于熄灭电气火灾；泡沫灭火剂、水基灭火剂和细水雾灭火剂具有较好的灭火效能和吸热能力，但这三种灭火剂的主要成分都是水，在熄灭锂电池火灾的过程中容易发生短路，造成火势扩大。以2-溴-3,3,3-三氟丙烯(简称2-BTP)和全氟己酮为代表的新型气体灭火剂具有灭火效能高，洁净环保、电绝缘等优点，虽然其吸热能力比气体灭火剂强，但单独使用时，仍不足以有效抑制锂电池热失控和锂电池火灾。所以，基于新型气体灭火剂开发具备灭火高效，洁净环保、电绝缘，且吸热能力强，能够有效抑制锂电池热失控防止锂电池热灾害的灭火剂组合物，是保障新能源产业健康发展的基础与当务之急。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种适用于锂电池消防的灭火剂及其制备方法。该组合物灭火高效，吸热能力强，环境友好，腐蚀性低，气相绝缘，能够迅速扑灭明火，并对锂电池快速降温，抑制锂电池热失控蔓延，防止复燃。
为了实现上述技术效果，本发明采用了如下技术方案：
一种适用于锂电池消防的灭火剂，包括四中组分，第一组分为灭火剂(2-BTP，全氟己酮，R-123，三氟碘甲烷)；第二组分为含氟冷却剂(六氟丙烯低聚体和全氟醚)；第三组分为氢氟环戊烷(n氟环戊烷，n＝5-9)；第四组分为添加剂。
一种适用于锂电池消防的灭火剂，包括灭火剂组分、含氟冷却剂组分、氢氟环戊烷组分和添加剂组分。各组分的质量份数：
灭火剂组分10-60份；含氟冷却剂组分30-70份；氢氟环戊烷组分5-30份，添加剂组分0.5-5份。
所述的灭火剂组分选自2-BTP、R-123、三氟碘甲烷和全氟己酮中的一种、两种或三种。
所述的含氟冷却剂组分选自六氟丙烯低聚体和全氟醚中的一种或两种，所述的六氟丙烯低聚体选自选自Z-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-2-戊烯、E-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-2-戊烯、1,1,1,3,4,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-2-戊烯、Z-1,1,1,2,3,5,5,6,6,7,7,7-十二氟-2,4-双(三氟甲基)-3-庚烯、1,1,1,4,5,5,5-七氟-3-(全氟乙基)-2,4-双(三氟甲基)-2-戊烯、E-1,1,1,2,3,5,5,6,6,7,7,7-十二氟-2,4-双(三氟甲基)-3-庚烯、1,1,1,2,4,5,5,5-八氟-3-(全氟丙-2-基)-4-(三氟甲基)-2-戊烯、1,1,1,2,5,6,6,6-八氟-2,3,5-三(三氟甲基)-4-(全氟丙-2-基)-3-己烯、1,1,1,2,2,3,3,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-十七氟-4(全氟丙基)-4-壬烯、E-1,1,1,2,2,3,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-十七氟-4(全氟丙基)-4-壬烯、Z-1,1,1,2,2,3,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-十七氟-4(全氟丙基)-4-壬烯、1,1,1,4,4,5,5,6,7,8,8,8-十二氟-2,3,6,7-四(三氟甲基)-2-壬烯、E-1,1,1,2,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟-4-(全氟乙基)-3,4-双(三氟甲基)-2-辛烯、Z-1,1,1,2,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟-4-(全氟乙基)-3,4-双(三氟甲基)-2-辛烯或4-(二氟亚甲基)-1,1,1,2,2,3,6,6,7,7,7-十一氟-5-(全氟乙基)-3,5-双(三氟甲基)庚烷中任意一种、两种或两种以上；所述的全氟醚选自全氟二甲醚、全氟乙二醚、全氟甲乙醚、全氟二丙醚、全氟二丁醚、全氟(二甘醇二甲醚)、全氟环己醚中的一种或多种。
所述的氢氟环戊烷组分选自全氟环戊烷、九氟环戊烷、八氟环戊烷、七氟环戊烷、六氟环戊烷、五氟环戊烷中任意一种、两种或两种以上；
所述的添加剂为乙醇胺、丙醇胺、黄酮、除氧剂中任一种或两种。
一种适用于锂电池消防的灭火剂的制备方法，室温下称取灭火剂组分倒入洁净干燥的容器中，然后称取含氟冷却剂组分，称取氢氟环戊烷组分将含氟冷却剂组分、氢氟环戊烷组分倒容器中，搅拌，滴加添加剂组分，继续搅拌，得到灭火剂组合物。
本发明的有益效果是：
1.以新型环保灭火剂为基础，所选的2-BTP、R-123、全氟己酮和三氟碘甲烷四种灭火剂都具备良好的环境友好性，臭氧层破坏潜能值(ODP)≤0.11，温室效应潜能值(GWP)≤100，灭火效能高，毒腐性低，绝缘性能好的优良特性。
2.本发明所选择的含氟冷却液和氢氟环戊烷都是不可燃物质，而且具有一定的灭火效能。通过添加含氟冷却液，与灭火剂组分形成共沸，提高了新型灭火剂的沸点，而且所选择的含氟冷却液和氢氟环戊烷具有较高的汽化潜热，吸热能力强，能够对锂电池进行快速降温，有效控制锂电池的热失控，抑制锂电池燃烧时的放热连锁反应，防止火势蔓延，降低锂电池热灾害造成的影响。
3.本发明所选择的灭火剂组分、含氟冷却液和氢氟环戊烷分子中含有氟原子、溴原子等，虽然这几类物质自身的腐蚀性较低，但是在遇水或空气的情况下容易产生酸性气体(如HF、HBr等)，造成腐蚀。所以，通过添加乙醇胺、丙醇胺等碱性添加剂中和酸性气体，能够大大降低新型灭火剂的腐蚀性，有效改善其存储和使用性能。
附图说明
图1为实施例的灭火剂加压装置；
图2为实施例的降温效能试验装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
室温下称取40g全氟己酮灭火剂倒入洁净干燥的150mL锥形瓶中，然后称取40g含氟冷却液(其中Z-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-2-戊烯20g，全氟(二乙二醇甲醚)20g)，称取七氟环戊烷18g，将称取的含氟冷却液和七氟环戊烷倒入装有全氟己酮灭火剂的锥形瓶中，将锥形瓶置于磁力搅拌器上，开启搅拌，转速调节为50-200r/min，用分析天平称取2g乙醇胺，用滴管将乙醇胺滴入上述混合溶液中，盖上锥形瓶塞，继续搅拌1h，得到100g灭火剂组合物样品。
实施例2
室温下称取40g 2-BTP灭火剂倒入洁净干燥的150mL锥形瓶中，然后称取40g含氟冷却液(其中Z-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-2-戊烯20g，全氟(二乙二醇甲醚)20g)，称取七氟环戊烷18g，将称取的含氟冷却液和七氟环戊烷倒入装有2-BTP灭火剂的锥形瓶中，将锥形瓶置于磁力搅拌器上，开启搅拌，转速调节为50-200r/min，用分析天平称取2g乙醇胺，用滴管将乙醇胺滴入上述混合溶液中，盖上锥形瓶塞，继续搅拌1h，得到100g灭火剂组合物样品。
实施例3
室温下称取40gR-123灭火剂倒入洁净干燥的150mL锥形瓶中，然后称取40g含氟冷却液(其中Z-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-2-戊烯20g，全氟(二乙二醇甲醚)20g)，称取七氟环戊烷18g，将称取的含氟冷却液和七氟环戊烷倒入装有R-123灭火剂的锥形瓶中，将锥形瓶置于磁力搅拌器上，开启搅拌，转速调节为50-200r/min，用分析天平称取2g乙醇胺，用滴管将乙醇胺滴入上述混合溶液中，盖上锥形瓶塞，继续搅拌1h，得到100g灭火剂组合物样品。
实施例4
室温下称取20g全氟己酮灭火剂，20g 2-BTP灭火剂，将两种灭火剂全部倒入同一洁净干燥的150mL锥形瓶中，然后称取40g含氟冷却液(其中1,1,1,4,5,5,5-七氟-3-(全氟乙基)-2,4-双(三氟甲基)-2-戊烯20g，全氟(二甘醇二甲醚)20g)，称取八氟环戊烷18g，将称取的含氟冷却液和八氟环戊烷倒入装有两种灭火剂的锥形瓶中，将锥形瓶置于磁力搅拌器上，开启搅拌，转速调节为50-200r/min，用分析天平称取2g乙醇胺，用滴管将乙醇胺滴入上述混合溶液中，盖上锥形瓶塞，继续搅拌1h，得到100g灭火剂组合物样品。
实施例5
室温下称取40g含氟冷却液(其中Z-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-2-戊烯20g，全氟(二乙二醇甲醚)20g)，称取七氟环戊烷18g，将称取的含氟冷却液和七氟环戊烷倒入同一洁净干燥的150mL锥形瓶中，将锥形瓶置于磁力搅拌器上，开启搅拌，转速调节为50-200r/min，用分析天平称取2g乙醇胺，用滴管将乙醇胺滴入上述混合溶液中，盖上锥形瓶塞，继续搅拌1h，将得到的混合溶液倒入特制的150mL小钢瓶中，拧紧瓶头阀。将盛有混合溶液的不锈钢瓶通过管路与三氟碘甲烷储罐链接，打开小钢瓶瓶头阀，然后打开三氟碘甲烷储罐阀门，向小钢瓶中通入40g三氟碘甲烷灭火剂，通气完毕后，依次关闭小钢瓶瓶头阀和三氟碘甲烷储罐阀门，拆掉连接管路，得到100g灭火剂组合物样品。
实验分析
将实施例1-5制备的灭火剂组合物样品和几种灭火剂(2-BTP、R-123、全氟己酮、三氟碘甲烷、七氟丙烷)单独使用时的降温效果进行试验对比。灭火剂加压装置和降温效能试验装置如图1和图2所示。
灭火剂加压实验步骤如下：
第一步，将50g灭火剂或灭火剂组合物导入特制的150mL小钢瓶中，拧紧瓶头阀；
第二步，将小钢瓶与高压氮气瓶通过管路连接；
第三步，打开高压氮气瓶头阀和小钢瓶瓶头阀，调节通气阀，缓慢通气，待压力指示器示数显示为1.2MPa时，依次关闭小钢瓶瓶头阀、通气阀和高压氮气瓶头阀。
第四步，拆掉高压氮气瓶与小钢瓶连接管路；
第五步，将小钢瓶装上高效雾化喷嘴，即可得到可用于试验的灭火剂喷射装置。
降温效能试验步骤如下：
第一步，打开加热板控制器开关，设定加热温度为300℃，开始加热；
第二步，待加热板(100mm*100mm)温度升高至300℃后，稳定保持1.0min；
第三步，关闭加热板控制器开关，停止加热；
第四步，停止加热后，立刻打开小钢瓶瓶头阀，向加热板喷射灭火剂(小钢瓶喷嘴与加热板的垂直距离为20cm，喷射过程中保持喷射方向与加热板面垂直)；
第五步，对无纸记录仪记录的温度变化数据进行采集和整理。
试验结果如表1：
表1
| 灭火剂 | 最大降温幅度 | 最高回升温度 |
| 全氟己酮 | -137 | 211 |
| 2-BTP | -151 | 182 |
| R-123 | -152 | 207 |
| 三氟碘甲烷 | -115 | 234 |
| 七氟丙烷 | -97 | 223 |
| 实施例1 | -234 | 99 |
| 实施例2 | -245 | 87 |
| 实施例3 | -243 | 82 |
| 实施例4 | -249 | 85 |
| 实施例5 | -221 | 107 |
本发明公开一种适用于锂电池消防的灭火剂。该灭火剂组合物使用环保型气体灭火剂组分、含氟冷却剂组分、氢氟环；戊烷组分和添加剂组分，具有灭火高效，吸热能力强，环境友好，腐蚀性低，气相绝缘等优点，能够迅速扑灭明火，并对锂电池快速降温，抑制锂电池热失控蔓延，防止复燃。
以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (6)
1.一种适用于锂电池消防的灭火剂，其特征在于，包括灭火剂组分、含氟冷却剂组分、氢氟环戊烷组分和添加剂组分；各组分的质量份数：
灭火剂组分10-60份；含氟冷却剂组分30-70份；氢氟环戊烷组分5-30份，添加剂组分0.5-5份。
2.根据权利要求1所述的一种适用于锂电池消防的灭火剂，其特征在于，所述的灭火剂组分选自2-BTP、R-123、三氟碘甲烷和全氟己酮中的一种、两种或三种。
3.根据权利要求1所述的一种适用于锂电池消防的灭火剂，其特征在于，所述的含氟冷却剂组分选自六氟丙烯低聚体和全氟醚中的一种或两种；
所述的六氟丙烯低聚体选自选自Z-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-2-戊烯、E-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-2-戊烯、1,1,1,3,4,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-2-戊烯、Z-1,1,1,2,3,5,5,6,6,7,7,7-十二氟-2,4-双(三氟甲基)-3-庚烯、1,1,1,4,5,5,5-七氟-3-(全氟乙基)-2,4-双(三氟甲基)-2-戊烯、E-1,1,1,2,3,5,5,6,6,7,7,7-十二氟-2,4-双(三氟甲基)-3-庚烯、1,1,1,2,4,5,5,5-八氟-3-(全氟丙-2-基)-4-(三氟甲基)-2-戊烯、1,1,1,2,5,6,6,6-八氟-2,3,5-三(三氟甲基)-4-(全氟丙-2-基)-3-己烯、1,1,1,2,2,3,3,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-十七氟-4(全氟丙基)-4-壬烯、E-1,1,1,2,2,3,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-十七氟-4(全氟丙基)-4-壬烯、Z-1,1,1,2,2,3,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-十七氟-4(全氟丙基)-4-壬烯、1,1,1,4,4,5,5,6,7,8,8,8-十二氟-2,3,6,7-四(三氟甲基)-2-壬烯、E-1,1,1,2,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟-4-(全氟乙基)-3,4-双(三氟甲基)-2-辛烯、Z-1,1,1,2,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟-4-(全氟乙基)-3,4-双(三氟甲基)-2-辛烯或4-(二氟亚甲基)-1,1,1,2,2,3,6,6,7,7,7-十一氟-5-(全氟乙基)-3,5-双(三氟甲基)庚烷中任意一种、两种或两种以上；
所述的全氟醚选自全氟二甲醚、全氟乙二醚、全氟甲乙醚、全氟二丙醚、全氟二丁醚、全氟(二甘醇二甲醚)、全氟环己醚中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种适用于锂电池消防的灭火剂，其特征在于，所述的氢氟环戊烷组分选自全氟环戊烷、九氟环戊烷、八氟环戊烷、七氟环戊烷、六氟环戊烷、五氟环戊烷中任意一种、两种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的一种适用于锂电池消防的灭火剂，其特征在于，所述的添加剂为乙醇胺、丙醇胺、黄酮、除氧剂中任一种或两种。
6.根据权利要求1到5任一项所述的一种适用于锂电池消防的灭火剂的制备方法，其特征在于，室温下称取灭火剂组分倒入洁净干燥的容器中，然后称取含氟冷却剂组分，称取氢氟环戊烷组分将含氟冷却剂组分、氢氟环戊烷组分倒容器中，搅拌，滴加添加剂组分，继续搅拌，得到灭火剂组合物。
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