CN114177564A - 一种环保型锂电池灭火剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于灭火剂相关技术领域，其公开了一种环保型锂电池灭火剂及其制备方法和应用，所述灭火剂包括以下质量百分比的组分：氟碳表面活性剂3‑5％、碳氢表面活性剂4‑6％、发泡剂6‑8％、有机溶剂9.5‑15％、络合剂0.05‑1％、助溶剂7‑10％、固体无机盐4‑8％、锂电池阻燃剂4‑10％、水50‑60％。锂电池灭火剂能迅速扑灭锂电池火灾，并且不会复燃。具有灭火速度快，抗冻性能好，腐蚀率低等优点。氟碳表面活性剂能显著降低水的表面张力，发泡剂能在可燃物表面形成一层水膜，降低温度，隔绝氧气，并具有很强的抗烧能力。

Description

一种环保型锂电池灭火剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于灭火剂相关技术领域，更具体地，涉及一种环保型锂电池灭火剂及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池经过数十年的发展，如今已凭借比能量高等诸多优势被广泛应用于电子产品中。随着需求的不断提高，锂离子电池可以被设计成软包电池、方形电池、扣式电池、圆柱电池和刀片电池等。在日常生活中，手机、笔记本电脑、电动车、储能电站等都离不开锂离子电池的应用。

锂离子电池着火与传统的火灾有着相当大的区别，锂离子电池一旦发生着火，会迅速爆燃开来，释放大量的可燃气体和有毒气体，并且会出现多次射流火现象和二次复燃。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种环保型锂电池灭火剂及其制备方法和应用，锂电池灭火剂能迅速扑灭锂电池火灾，并且不会复燃，具有灭火速度快，抗冻性能好，腐蚀率低等优点；氟碳表面活性剂能显著降低水的表面张力，发泡剂能在可燃物表面形成一层水膜，降低温度，隔绝氧气，并具有很强的抗烧能力。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种环保型锂电池灭火剂，所述灭火剂包括以下质量百分比的组分：氟碳表面活性剂3-5％、碳氢表面活性剂4-6％、发泡剂6-8％、有机溶剂9.5-15％、络合剂0.05-1％、助溶剂7-10％、固体无机盐4-8％、锂电池阻燃剂4-10％、水50-60％。

进一步地，所述氟碳表面活性剂为两性表面活性剂。

进一步地，所述碳氢表面活性剂为十二烷基硫酸钠或/及十二烷基苯磺酸钠。

进一步地，所述发泡剂为十二烷基二甲基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、烷基糖苷、辛基酰胺丙基甜菜碱中的任一种或者多种。

进一步地，所述有机溶剂为二乙二醇单丁醚、乙醇、乙二醇、聚乙二醇中的任一种或者多种。

进一步地，所述络合剂为柠檬酸钠；所述固体无机盐为氯化钠。

进一步地，所述锂电池阻燃剂为2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐。

进一步地，所述灭火剂包括以下质量百分比的组分：氟碳表面活性剂3.32％、2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐5％、十二烷基磺酸钠1％、十二烷基二甲基甜菜碱1.38％、烷基糖苷0.6％、椰油酰胺丙基甜菜碱3.99％、聚乙二醇3％、二乙二醇单丁醚3.25％、柠檬酸钠0.05％、乙醇2％、氯化钠6％、尿素8％，其余成分为水。

按照本发明的另一个方面，提供了一种如上所述的环保型锂电池灭火剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)在水中加入氟碳表面活性剂，并搅拌均匀后得到水溶液1；

(2)在水溶液1中加入适量碳氢表面活性剂、发泡剂、有机溶剂、络合剂、助溶剂及锂电池阻燃剂；然后，再加入固体无机盐；

(3)向步骤(2)得到的混合物中加入水并混合搅拌均匀，以得到该灭火剂，所述灭火剂为水成膜泡沫灭火剂。

本发明还提供了一种如上所述的环保型锂电池灭火剂在锂电池灭火消防中的应用。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的环保型锂电池灭火剂及其制备方法和应用主要具有以下有益效果：

1.提供了一种可被氧化还原的2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐(|2,2'-Azobis[2-(Imidazolin-2-yl)Propane]Dihydrochloride)，在锂电池燃烧时能还原热失控时的反应物，其中的阴离子能捕获燃烧时产生的自由基，阻止电池的燃烧。

2.本发明使用的是无PFOS氟碳表面活性剂，在使用后的一段时间内，灭火剂中的有效成分可以自行降解，因此对于环境造成的污染更小。

3.本发明中所述的锂电池灭火剂能迅速扑灭锂电池火灾，并且不会复燃，具有灭火速度快，抗冻性能好，腐蚀率低等优点。

4.氟碳表面活性剂能显著降低水的表面张力，发泡剂能在可燃物表面形成一层水膜，降低温度，隔绝氧气，并具有很强的抗烧能力。

附图说明

图1是本发明提供的一种环保型锂电池灭火剂的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种环保型锂电池灭火剂，所述灭火剂包括以下质量百分比的组分：氟碳表面活性剂3-5％，碳氢表面活性剂4-6％，发泡剂6-8％，有机溶剂9.5-15％，络合剂0.05-1％，助溶剂7-10％，固体无机盐4-8％，锂电池阻燃剂为4-10％，水50-60％。

所述锂电池阻燃剂为2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐，该物质可参与到锂离子电池的热失控中的化学反应中，作为还原物，可降低可燃物的浓度。

所述C6型氟碳表面活性剂的重量百分比为3-5％，其为VF-9128或者VF-9129中的一种或多种；该类物质PFOS/PFOA符合欧盟标准，并且能够完全溶于水，并大幅度的降低水溶液的表面张力。

所述碳氢表面活性剂的重量百分比为1-2％，其为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基磺酸钠中的一种或多种，能够与氟碳表面活性剂协同作用，大幅提高碳氢表面活性剂降低表面张力的效果。

所述发泡剂的重量百分比为6-8％，其能够使水溶液产生大量泡沫，提高灭火效果。

所述有机溶剂的重量百分比为9.5-15％，其中的乙醇具有抗冻作用，乙二醇、二乙二醇单丁醚则具有助溶和稳泡效果，聚乙二醇作为增稠剂使用。

所述络合剂的重量百分比为0.05-1％，其中柠檬酸钠能够有效防止沉淀物。

所述助溶剂的重量百分比为7-10％，其中的尿素能有效助溶。

所述固体无机盐的重量百分比为4-8％，其能够有效提高水溶液的铺展性能，提高灭火效果，另一方面其中的阴离子可捕获燃烧过程中产生的自由基。

本实施方式的剩余组成部分为水，所述水可选用工业软水或去离子水。优选地，选用质量百分比为4.3％的氟碳表面活性剂和质量百分比为1％的碳氢表面活性剂；或质量百分比为3.32％的氟碳表面活性剂和质量百分比为1％的碳氢表面活性剂。

优选地，本实施方式中采用质量百分比为4.3％的氟碳表面活性剂(VF-9128)、4％的2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、1％的十二烷基苯磺酸钠，3％的烷基糖苷、4％的椰油酰胺丙基甜菜碱、2.5％的乙二醇、5％的二乙二醇单丁醚、2％的乙醇、5.8％的氯化钠、7％的尿素，其余成分为水。

或3.32％氟碳表面活性剂(VF-9129)、5％的2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、1％十二烷基磺酸钠、1.38％十二烷基二甲基甜菜碱、0.6％烷基糖苷、3.99％椰油酰胺丙基甜菜碱、3％聚乙二醇、3.25％二乙二醇单丁醚、0.05％柠檬酸钠、2％乙醇、6％氯化钠、8％尿素，其余成分为水。

请参阅图1，本发明还提供了一种如上所述的环保型锂电池灭火剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

首先，在水中加入氟碳表面活性剂，并搅拌均匀后得到水溶液1。之后，在水溶液1中加入适量碳氢表面活性剂、发泡剂、有机溶剂、络合剂、助溶剂、锂电池阻燃剂，然后再加入固体无机盐，最后加入适量的水混合并搅拌均匀，得到所述水成膜泡沫灭火剂。其中，上述所使用的原料的易于获得，成本低，对环境危害较小，灭火剂制作过程简易；所获得灭火剂产生的泡沫液是非温度敏感性泡沫液。

本发明还提供了一种如上所述的环保型锂电池灭火剂在锂电池灭火消防中的应用。

以下以几个具体实施例来对本发明进行进一步的详细说明。

实施例1：制备1吨的3％型的锂电池灭火剂

向反应釜中加入43kg氟碳表面活性剂(VF-9128)，然后加入400kg工业软水、4kg的2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、10kg十二烷基苯磺酸钠、30kg烷基糖苷、40kg椰油酰胺丙基甜菜碱、25kg乙二醇、50kg二乙二醇单丁醚、20kg乙醇、58kg氯化钠、70kg尿素，充分混合后搅拌均匀，然后补充剩余量的水，搅拌均匀，即可得到所述的锂电池灭火剂。

实施例2：制备1吨的3％型的锂电池灭火剂

向反应釜中加入33.2kg氟碳表面活性剂(VF-9129)，然后加入400kg工业软水、5kg的2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、10kg十二烷基磺酸钠、13.8kg十二烷基二甲基甜菜碱、6kg烷基糖苷、39.9kg椰油酰胺丙基甜菜碱、30kg聚乙二醇、32.5kg二乙二醇单丁醚、0.5kg柠檬酸钠、20kg乙醇、60kg氯化钠、80kg尿素，充分混合后搅拌均匀，然后补充剩余量的水，搅拌均匀，即可得到所述的锂电池灭火剂。

将实例1与实例2中所配置的原液与水按照3:97的比例充分混合均匀，形成水溶液。

使用例1-2的消防液做一个性能测试和灭火实验，使用的是25Ah的软包单体NCM523三元电池，在1.2m×1.2m×1.8m的燃烧箱内采用明火加热，电池开始燃烧后熄灭明火，四根热电偶连接在电池表面，记录实时温度变化，结果如表1所示。

表1灭火实验结果

由表1可知，本发明提供了一种锂电池专用消防液，其组成成分按重量百分比计算包括氟碳表面活性剂3-5％、碳氢表面活性剂4-6％、发泡剂6-8％、有机溶剂9.5-15％、络合剂0.05-1％、助溶剂7-10％、固体无机盐4-8％、2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐4-10％、水50-60％。本发明提供的锂离子电池消防液提供了一种可被氧化还原的2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐(|2,2'-Azobis[2-(Imidazolin-2-yl)Propane]Dihydrochloride)，在锂电池燃烧时能还原热失控时的反应物，阻止电池的燃烧。

本发明使用的是无PFOS氟碳表面活性剂，在使用后的一段时间内，灭火剂中的有效成分可以自行降解，因此对于环境造成的污染更小。同时，本发明中所述的灭火剂具有灭火速度快，抗冻性能好，腐蚀率低等优点。氟碳表面活性剂能显著降低水的表面张力，发泡剂能在可燃物表面形成一层水膜，降低温度，隔绝氧气，并具有很强的抗烧能力。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保型锂电池灭火剂，其特征在于：

所述灭火剂包括以下质量百分比的组分：氟碳表面活性剂3-5％、碳氢表面活性剂4-6％、发泡剂6-8％、有机溶剂9.5-15％、络合剂0.05-1％、助溶剂7-10％、固体无机盐4-8％、锂电池阻燃剂4-10％、水50-60％。

2.如权利要求1所述的环保型锂电池灭火剂，其特征在于：所述氟碳表面活性剂为两性表面活性剂。

3.如权利要求1所述的环保型锂电池灭火剂，其特征在于：所述碳氢表面活性剂为十二烷基硫酸钠或/及十二烷基苯磺酸钠。

4.如权利要求1所述的环保型锂电池灭火剂，其特征在于：所述发泡剂为十二烷基二甲基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、烷基糖苷、辛基酰胺丙基甜菜碱中的任一种或者多种。

5.如权利要求1所述的环保型锂电池灭火剂，其特征在于：所述有机溶剂为二乙二醇单丁醚、乙醇、乙二醇、聚乙二醇中的任一种或者多种。

6.如权利要求1所述的环保型锂电池灭火剂，其特征在于：所述络合剂为柠檬酸钠；所述固体无机盐为氯化钠。

7.如权利要求1-6任一项所述的环保型锂电池灭火剂，其特征在于：所述锂电池阻燃剂为2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐。

8.如权利要求1-6任一项所述的环保型锂电池灭火剂，其特征在于：所述灭火剂包括以下质量百分比的组分：氟碳表面活性剂3.32％、2-偶氮二[2-(咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐5％、十二烷基磺酸钠1％、十二烷基二甲基甜菜碱1.38％、烷基糖苷0.6％、椰油酰胺丙基甜菜碱3.99％、聚乙二醇3％、二乙二醇单丁醚3.25％、柠檬酸钠0.05％、乙醇2％、氯化钠6％、尿素8％，其余成分为水。

9.一种权利要求1-8任一项所述的环保型锂电池灭火剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)在水中加入氟碳表面活性剂，并搅拌均匀后得到水溶液1；

(2)在水溶液1中加入适量碳氢表面活性剂、发泡剂、有机溶剂、络合剂、助溶剂及锂电池阻燃剂；然后，再加入固体无机盐；

(3)向步骤(2)得到的混合物中加入水并混合搅拌均匀，以得到该灭火剂，所述灭火剂为水成膜泡沫灭火剂。

10.一种权利要求1-8任一项所述的环保型锂电池灭火剂在锂电池灭火消防中的应用。

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