CN115430092A

CN115430092A - 基于c4孪连型氟表面活性剂的灭火剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN115430092A
Application number: CN202211165757.7A
Authority: CN
Inventors: 葛峰; 窦增培; 姜塍林; 何学昌
Original assignee: Zhejiang Mt Fire Control Technology Development Co ltd
Current assignee: Zhejiang Mt Fire Control Technology Development Co ltd
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2022-12-06

Abstract

本申请公开了一种基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂及其制备方法和应用，其中灭火剂包括以下质量百分比的组分：C4孪连型氟表面活性剂0.2％至1.0％，碳氢表面活性剂1.0％至2.0％，增稠剂0.2％至1.0％，阻燃剂3.0％至5.0％，缓冲剂0.01％至0.05％，余量为水，其中氟表面活性剂为氟碳链长度为4个碳的孪连型氟表面活性剂，具有式(一)所示结构；其中n为正整数，其取值范围为2至6；所述碳氢表面活性剂、增稠剂、阻燃剂及缓冲剂均为非离子型化合物。本申请的有益之处在于：提供一种能够有效渗透进锂电池内部以降低电池内部温度的基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂及其制备方法和应用。

Description

基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂及其制备方法和应用

技术领域

本申请涉及灭火剂领域，具体而言，涉及一种基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是一种可充电电池，依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等优点，在电子消费产品(如手机、笔记本电脑等)、新能源车(如电动自行车、电动汽车等)和储能电站等领域有着广泛的应用。

随着锂离子电池应用规模和领域的不断增大，近年来锂离子电池由于热失控导致的爆燃事故频频发生。由于锂离子电池组成复杂，其燃烧类型兼具A、B、C、D、E类火灾的特征，具有燃烧迅速、存在喷射火、温度高、易复燃等特点。开放空间的锂电池火灾(如新能源车辆火灾、储能电站火灾等)的扑救中，常用的干粉灭火剂、气体灭火剂等均不能达到很好的灭火效果，急需研发一种有效的锂电池火灾灭火药剂。

研究表明，水是锂电池火灾最好的降温剂，但由于水的表面张力较高使得渗透性较差，难以浸润锂电池内部实现充分降温。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本申请的一些实施例提出了一种基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂及其制备方法和应用，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

作为本申请的第一方面，本申请的一些实施例提供了一种基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂，包括以下质量百分比的组分：C4孪连型氟表面活性剂0.2％至1.0％，碳氢表面活性剂1.0％至2.0％，增稠剂0.2％至1.0％，阻燃剂3.0％至5.0％，缓冲剂0.01％至0.05％，余量为水，其中氟表面活性剂为氟碳链长度为4个碳的孪连型氟表面活性剂，具有式(一)所示结构，

式(一)；

其中n为正整数，其取值范围为2至6；所述碳氢表面活性剂、增稠剂、阻燃剂及缓冲剂均为非离子型化合物。

作为本申请的第二方面，本申请的一些实施例提供了一种基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂的制备方法，包括：

依次将水、C4孪连型氟表面活性剂、碳氢表面活性剂、增稠剂、阻燃剂和缓冲剂加入混合釜中，搅拌混匀，即得基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂。

作为本申请的第三方面，本申请的一些实施例提供了一种基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂的应用，该应用将基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂用于锂电池火灾消防。

作为本申请的第四方面，本申请的一些实施例提供了一种基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂的应用，该应用将基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂用于A类火灾和B类火灾的火灾消防。

本申请的有益效果在于：提供一种能够有效渗透进锂电池内部以降低电池内部温度的基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂及其制备方法和应用。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

在附图中：

图1是根据本申请一种实施例的式(一)的结构图；

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

本申请提供了一种基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂，包括以下质量百分比的组分：C4孪连型氟表面活性剂0.2％至1.0％，碳氢表面活性剂1.0％至2.0％，增稠剂0.2％至1.0％，阻燃剂3.0％至5.0％，缓冲剂0.01％至0.05％，余量为水，其中氟表面活性剂为氟碳链长度为4个碳的孪连型氟表面活性剂，具有式(一)所示结构，

式(一)；

其中n为正整数，其取值范围为2至6。

锂电池火灾，其燃烧类型兼具A、B、C、D、E类火灾的特征，需要灭火剂的性能能够应对锂电池火灾的各种特征；采用以上方案，将C4孪连型氟表面活性剂、碳氢表面活性剂溶解在水中，降低水的表/界面张力，提高了渗透性，使水溶液可在电解液和电池外壳表面自发铺展，同时可容易进入锂电池内部发挥作用，有效降低电池内部温度。

对水基灭火剂而言，锂电池火灾扑救过程中有触电危险，电阻率直接关乎锂电池灭火过程中的安全性，而现有的水基灭火剂均未考虑到电阻率的问题。

作为优选的方案，所述碳氢表面活性剂、增稠剂、阻燃剂及缓冲剂均为非离子型化合物；通过碳氢表面活性剂、增稠剂、阻燃剂及缓冲剂均选用非离子型结构，能够提高灭火剂水溶液的电阻率，可有效应对锂电池火灾扑救过程中的触电危险。

具体而言，考虑到碳氢表面活性剂自身的界面活性、与C4孪连型氟表面活性剂的复配能力、粘度及发泡能力，碳氢表面活性剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、烷基糖苷、十二烷基氧化胺中的一种或多种；这些碳氢表面活性剂均为非离子型，且与C4孪连型氟表面活性剂复配能增进水溶液的流变性，辅助降低水溶液表/界面张力，提高对电池外壳(塑料)表面的亲和力，并且提高灭火剂电阻率；另外，这些碳氢表面活性剂的发泡能力较低，保证水溶液的渗透性。

作为可选的方案，可采用吐温(或聚山梨酯)类表面活性剂与C4孪连型氟表面活性剂复配，其无毒且无刺激性；具体的选型为Tween-40、Tween-60、Tween-80等。

具体而言，增稠剂为黄原胶、瓜尔胶、果胶、羧甲基纤维素中的一种或多种；增稠剂的使用可延长灭火剂水溶液在锂电池表面的附着时间，提高降温效果。

具体而言，考虑阻燃剂混合过程中的分散性(易于分散)和混合后的稳定性(不分层不沉降)，阻燃剂为磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、磷酸三聚氰胺等磷酸酯类阻燃剂中的一种或多种；阻燃剂可随溶液流动覆盖在锂电池表面，降低复燃发生率。

当然，可为阻燃剂的可选实施方式，也可采用亚磷酸酯类阻燃剂。

具体而言，缓冲剂为三羟甲基氨基甲烷水溶液，其中三羟甲基氨基甲烷是非电解质的氨化物，能调节稀释液的PH值，具有质量稳定，保存时间长的优点。

本申请灭火剂在扑灭锂电池明火的同时，灭火剂中的水可与金属锂反应得到氢氧化锂，氢氧化锂与燃烧中产生的二氧化碳进一步反应得到碳酸锂，氢氧化锂和碳酸锂在室温及高温下均稳定，从根本上杜绝了复燃的可能。

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，但不局限于说明书上的内容。

实施例1

一种基于C4孪连型氟表面活性剂的锂电池灭火剂，按质量百分比主要由以下组分组成：式1所示结构的氟表面活性剂(n＝3)0.5％、烷基糖苷1.8％、黄原胶0.5％、磷酸三苯酯4.5％、三羟甲基氨基甲烷水溶液0.05％，余量为水。该灭火剂pH 7.5，表面张力为17.9mN/m，水/环己烷界面张力2.3mN/m，扩散系数3.8mN/m，电阻率≥100kΩ·cm。

实施例2

一种基于C4孪连型氟表面活性剂的锂电池灭火剂，按质量百分比主要由以下组分组成：式1所示结构的氟表面活性剂(n＝6)0.8％、十二烷基氧化胺1.5％、瓜尔胶0.7％、磷酸三丁酯4.0％、三羟甲基氨基甲烷水溶液0.02％，余量为水。该灭火剂pH 7.0，表面张力为18.2mN/m，水/环己烷界面张力2.2mN/m，扩散系数3.6mN/m，电阻率≥100kΩ·cm。

实施例3

一种基于C4孪连型氟表面活性剂的锂电池灭火剂，按质量百分比主要由以下组分组成：式1所示结构的氟表面活性剂(n＝2)0.3％、蓖麻油聚氧乙烯醚2.0％、羧甲基纤维素0.5％、磷酸三聚氰胺3.0％、三羟甲基氨基甲烷水溶液0.04％，余量为水。该灭火剂pH 7.4，表面张力为19.2mN/m，水/环己烷界面张力2.6mN/m，扩散系数2.2mN/m，电阻率≥100kΩ·cm。

实施例4

将3kg实施例1所述锂电池灭火剂填充入灭火器中，并用氮气加压至1.2MPa。

将市售锂离子电池(3.2V、300Ah、长×宽×高约为180mm×70mm×205mm)置于500W电热板上加热至起火，用前述灭火器喷施灭火剂，8s内明火消失，10s内锂电池表面温度由700℃降至55℃。明火消失后可观察到电池表面有水渍，在24h内水渍不消失；明火消失后继续观察24h，未见复燃。

比较例1

将市售锂离子电池(3.2V、300Ah、长×宽×高约为180mm×70mm×205mm)置于500W电热板上加热至起火，用3kg市售ABC型干粉灭火器灭火，全部喷完不能扑灭明火。

比较例2

将市售锂离子电池(3.2V、300Ah、长×宽×高约为180mm×70mm×205mm)置于500W电热板上加热至起火，用3kg市售全氟己酮灭火器灭火，12s内明火消失，灭火后锂电池表面温度回升，12min后出现复燃。

实验表明各实施例电阻率均不低于100kΩ·cm；实验中直接喷射连接有220V白炽灯的金属导线不会导致短路，而常见锂电池(组)电压范围为4.3-200V，本发明扑救该类火灾无触电危险。

综上，本申请以氟碳链长度为4个碳的阴离子孪连型氟表面活性剂为核心组分，最终产品具有符合预期的显著效果：1)可迅速扑灭锂电池明火；2)可快速降低锂电池表面温度；3)可有效防止火灾复燃；4)具有优异的生物降解性能和较低的毒性，属环境友好型灭火剂；5)成本低廉，不存在副产物和废弃物；6)除锂电池火灾外，也可用于A类和B类火灾的扑救。

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.一种基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂，其特征在于：包括以下质量百分比的组分：C4孪连型氟表面活性剂0.2％至1.0％，碳氢表面活性剂1.0％至2.0％，增稠剂0.2％至1.0％，阻燃剂3.0％至5.0％，缓冲剂0.01至0.05％，余量为水，其中氟表面活性剂为氟碳链长度为4个碳的孪连型氟表面活性剂，具有式(一)所示结构，

式(一)；

2.根据权利要求1所述的基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂，其特征在于：所述碳氢表面活性剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、烷基糖苷、十二烷基氧化胺中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂，其特征在于：所述增稠剂为黄原胶、瓜尔胶、果胶、羧甲基纤维素中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂，其特征在于：所述阻燃剂为磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、磷酸三聚氰胺中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂，其特征在于：所述缓冲剂为三羟甲基氨基甲烷水溶液。

6.一种权利要求1-5任一项所述的基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

7.一种权利要求1-5任一项所述的基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂在锂电池火灾消防中的应用。

8.一种权利要求1-5任一项所述的基于C4孪连型氟表面活性剂的灭火剂在A类火灾和B类火灾的火灾消防中的应用。