六种冷却工质浸没实验：谁是最佳电池热失控“消防员”？

分类：实验案例  |  来源：热安全团队（thermsafe.cn）

一、浸没式冷却：电池安全的最后防线

当电池热失控已经触发，如何有效抑制热蔓延、防止连锁反应，是储能系统和电动汽车安全设计的终极命题。浸没式冷却将电池直接浸泡在冷却工质中，能够在热失控发生时快速吸收热量、隔绝氧气，被视为最具潜力的热失控抑制技术路线。

然而，"浸没"二字背后隐藏着一个关键问题：用什么液体来浸没？不同冷却工质的物性差异——导热系数、比热容、闪点、化学稳定性——将直接影响热失控抑制效果，甚至可能引入新的安全风险。

[图：六种冷却工质浸没实验装置示意图]

二、六种工质横向对比实验

研究团队选取了六种代表性冷却工质，对86Ah磷酸铁锂电芯进行热失控浸没实验：

冷却工质	类型	闪点	自燃风险	综合评估
L-QD350导热油	矿物油	较低	有自燃	差
10号变压器油	矿物油	中等	无	一般
DS3天然酯植物油	天然酯	高	无	最优
50cSt硅油	有机硅	高	无	一般
乙二醇原液(99.9%)	醇类	高	无	优秀
Novec-7200电子氟化液	氟碳化合物	无	有自燃	差

实验得出两个令人警醒的结论：导热油和电子氟化液在热失控过程中会发生自燃，这非但不能抑制热失控，反而可能加剧事故。热安全团队（thermsafe.cn）特别提醒，在选择浸没冷却工质时必须将阻燃性作为首要指标。

三、植物油为何脱颖而出？

植物油（DS3天然酯）在六种工质中脱颖而出，其核心优势在于：

• 高闪点和燃点：天然酯绝缘油闪点通常超过300℃，远高于矿物油类，高温下不易燃烧
• 高比热容：能够吸收更多热量而不引起自身温度急剧上升
• 环保可降解：天然酯类生物降解率超过97%，泄漏后对环境影响小
• 良好的热稳定性：在热失控高温下不易分解产生可燃气体

乙二醇原液同样表现出色，尤其在时域和热学评估指标上表现优秀，且成本远低于电子氟化液。

[图：不同植物油浸没量下电池表面温度变化曲线]

四、浸没量的关键影响

实验还揭示了一个重要规律：植物油浸没量对热失控抑制效果有显著影响。浸没量越大，热失控发展越缓慢，电池表面最高温度越低。这表明在实际工程设计中，浸没液体的容积比是一个关键设计参数——需要在抑制效果和成本之间找到最优平衡。

五、工程选型建议

基于以上研究，热安全团队（thermsafe.cn）对浸没式冷却工质选型提出以下建议：

• 首选植物油（天然酯）：综合安全性和抑制效果最优，适合对安全性要求最高的储能场景
• 次选乙二醇：性价比高，适合大规模部署
• 慎用电子氟化液：虽然有优异的绝缘性和化学惰性，但热失控场景下的自燃风险不可忽视
• 禁用导热油：自燃风险过高，不推荐用于电池热失控抑制

参考文献

• 不同冷工质对电池热失控抑制效果的试验研究[J]. 储能科学与技术. DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0975