一种灭火组合物及应用其的电池系统的制作方法

本发明属于灭火剂领域，具体地，涉及一种灭火组合物及应用其的电池系统。

背景技术：

1、在现代科技相当发达的今天，火灾依然是一种最常见的紧急灾害。火灾的发生不仅会造成大量的财富损失，夺去人的健康和生命，还会造成环境污染和生态平衡的破坏，间接威胁人类生存。因此，预防火灾及灭火仍是当代不可忽视的主题。

2、灭火剂主要有水、泡沫、干粉、卤代烷、二氧化碳、氮气以及一些具有特殊用途的灭火剂。其中，与传统材料相比，近年来发展起来的水凝胶材料，体现出较好的生物相容性、更低的成本、优异的隔热效果、容易控制等优点，有望为消防领域提供更有效的解决方案，减少火灾中人员伤亡、财产损失。与水相比，水凝胶灭火速率提升了约55％，并可降低约60％的用水量。目前，国内外许多公司均已针对水凝胶灭火剂开展了产品研发和转化工作，主要用于森林、草原、建筑、矿井等多领域。然而，水凝胶灭火剂较难直接达到火焰根部，从而影响其降温灭火的效率。

3、因此，需要开发一种可以快速达到火焰根部、灭火效率高的灭火物质。

技术实现思路

1、本发明提供一种灭火组合物及其应用、锂离子电池，通过采用低浓度的复配型表面活性剂，搭配温敏水凝胶与氟类灭火剂制备得到灭火组合物，该灭火组合物能够快速控制火势，实现降温灭火且有效抑制高温热源的复燃。

2、根据本发明的第一个方面，提供一种灭火组合物，灭火组合物包括复配型表面活性剂和灭火剂；复配型表面活性剂在灭火组合物中的浓度不高于2.5wt％，复配型表面活性剂包括氟碳型聚氧乙烯醚、烷氧型聚氧乙烯醚、烷基糖苷中的至少两种；氟碳型聚氧乙烯醚的分子结构式满足通式ⅰ：其中，n≥6，r1为氟碳基团；烷氧型聚氧乙烯醚的分子结构式满足通式ⅱ：其中，n≥6，r2由碳原子和氢原子组成；灭火剂包括氟类灭火剂和温敏水凝胶，其中，温敏水凝胶为n-异丙基丙烯酰胺水凝胶聚合物和/或其改性物，水凝胶在灭火组合物中的含量不低于0.1wt％。

3、本方案选用氟类灭火剂和温敏水凝胶作为灭火剂，其中该温敏聚合物是一种环境响应型高分子材料，该温敏水凝胶在低温下为液态，高温时会凝聚成凝胶状物质，这种状态的变化随温度可逆。当发生火情时，本方案提供的灭火组合物中的氟类灭火剂与温敏水凝胶可以有效灭火并防止高温热源再次复燃。温敏水凝胶以液态被释放到高温热源表面，并在高温热源表面吸热转变为凝胶状物质，实现灭火与防复燃的效果但发明人经过多次实验发现，由于灭火组合物中采用了温敏水凝胶，制得的灭火组合物的黏度较高，导致灭火组合物形成的灭火液滴的粒径增大，液态质地的灭火液滴在火场中的空气阻力大，不利于快速达到火焰根部进行灭火。

4、因此发明人通过将灭火剂和上述复配型表面活性剂搭配，由此制得的灭火组合物具有较低的表面张力和临界胶束浓度，则该灭火组合物能够以粒径较小的灭火液滴进行灭火。由于该灭火液滴的粒径小，灭火液滴不仅能够以更大的相对表面积进行吸热，而且在火势中的穿透性更强，能够更快地抵达火焰根部，实现对起火点的降温和灭火。而且本方案提供的灭火组合物体系稳定不易浑浊、表面张力小，在灭火时能够形成粒径小、大小均匀的灭火液滴，且在高温热源表面能够迅速铺展，提升灭火组合物的吸热面积，且减少高温热源与空气的接触面积，从而更充分地对高温热源进行降温。

5、优选地，复配型表面活性剂在灭火组合物中的浓度为0.1～2.5wt％。

6、优选地，复配型表面活性剂包括氟碳型聚氧乙烯醚、烷氧型聚氧乙烯醚和烷基糖苷。当采用上述三种表面活性剂作为复配型表面活性剂时，复配型表面活性剂之间具有协同效果，可以进一步提升灭火组合物的灭火效率，不仅可以减小灭火液滴的粒径大小，而且能够促进灭火组合物中的灭火剂稳定且均匀地分散在介质中，避免出现灭火组合物的局部黏度过高的情况。此外，采用上述复配型表面活性剂制备灭火组合物，还能够促进温敏水凝胶在高温热源表面快速铺展，能够高效地吸收高温热源的热量，还可以促进温敏水凝胶较好地覆盖在高温热源表面，从而有效隔绝空气与热源的接触，达到进一步降低火源复燃的可能性。其次，氟碳型聚氧乙烯醚与烷氧型聚氧乙烯醚均属于聚氧乙烯醚类表面活性剂，性质稳定，可以使复配型表面活性剂不易受强电解质无机盐、酸或碱的影响。

7、优选地，按照质量比计算，氟碳型聚氧乙烯醚：烷氧型聚氧乙烯醚：烷基糖苷＝0.001～0.1：0.05～1：0.1～2。当复配型表面活性剂的配比组成满足上述要求时，该复配型表面活性剂能够更好地降低灭火组合物表面张力和临界胶束浓度，使灭火组合物形成的灭火液滴粒径更小，在火场中的穿透性更强，更易到达火焰根源。另外，上述配比制得的复配型表面活性剂在保证灭火组合物具有低表面张力可阻燃协效的前提下，复配型表面活性剂中的氟含量低，经降解后的有毒物质少，对环境友好，能够起到节效环保的作用。

8、优选地，氟碳型聚氧乙烯醚的分子结构式中，r1中的碳原子数量为5～10。当选用满足上述结构式的氟碳型聚氧乙烯醚制备灭火组合物时，由于该氟碳型聚氧乙烯醚具有较好的疏水亲油性，不仅能够促进氟类灭火剂与温敏水凝胶的均匀分散，还能提升复配型表面活性剂的乳化、润湿能力，进一步减小灭火组合物形成的灭火液滴的粒径。

9、优选地，氟碳型聚氧乙烯醚的分子量为800～1500。

10、优选地，氟碳型聚氧乙烯醚包括全氟己基乙醇聚氧乙烯醚、全氟辛基乙醇聚氧乙烯醚中的至少一种。

11、可选地，氟碳型聚氧乙烯醚为全氟己基乙醇聚氧乙烯醚，全氟己基乙醇聚氧乙烯醚的分子结构中r1为-(cf2)6f，n＝6～15。

12、优选地，烷氧型聚氧乙烯醚的分子结构式中，r2中的碳原子数量≥8。当选用符合上述结构要求的烷氧型聚氧乙烯醚制备灭火组合物时，能够提升复配型表面活性剂与氟类灭火剂、温敏水凝胶之间的相容性，从而减小灭火组合物的表面张力，提升灭火组合物的灭火效率。

13、优选地，烷氧型聚氧乙烯醚的r2为烷基。相较于选用包含芳香基的烷基酚聚氧乙烯醚制备的灭火组合物，选用r2基为烷基的脂肪醇聚氧乙烯醚制备的灭火组合物具有更佳的环保性和可生物降解性，可以减少对环境的污染和危害。

14、优选地，烷氧型聚氧乙烯醚的hlb值≤15。

15、优选地，烷氧型聚氧乙烯醚包括鲸蜡硬脂醇聚氧乙烯醚。

16、优选地，烷基糖苷的分子量不高于500。通过选用上述分子量的烷基糖苷与氟碳型聚氧乙烯醚、烷氧型聚氧乙烯醚复配使用，可以降低灭火组合物的表面张力，原因是小分子量的烷基糖苷能够插入氟碳型聚氧乙烯醚与烷氧型聚氧乙烯醚的分子中间，进一步提高复配型表面活性剂的分子间作用力，从而令灭火组合物形成的灭火液滴在高温热源表面更快地铺展，进一步提升降温灭火性能。

17、优选地，在25℃下，烷基糖苷的ph值为7～8。

18、优选地，烷基糖苷的黏度为1500～2000mpa·s。

19、优选地，烷基糖苷为癸基葡糖苷。

20、优选地，氟类灭火剂包括全氟己酮、全氟丁基甲醚、甲基九氟丁醚、乙基九氟异丁基醚、五氟丁烷、十氟-3-甲氧基4-(三氟甲基)-戊烷中的至少一种。

21、优选地，氟类灭火剂为全氟己酮。

22、优选地，灭火组合物中还包括水性溶剂，且按照质量比计算，氟类灭火剂：水性溶剂：温敏水凝胶＝35～75：50～100：0.1～5。当氟类灭火剂与水性溶剂、温敏水凝胶的质量比落入上述范围时，灭火组合物乳化均匀且分散稳定性更佳，更易形成大小均匀、粒径小、比表面积大的灭火滴液，从而可以缩短灭火液滴穿透火焰和烟雾的时间，以更快的速度到达火焰根部。

23、优选地，灭火组合物中包括氟类灭火剂35～75份、温敏水凝胶0.1～5.0份、复配型表面活性剂0.15～3.1份，复配型表面活性剂中包括氟碳型聚氧乙烯醚0.001～0.1份、烷氧型聚氧乙烯醚0.05～1.0份、烷基糖苷0.1～2.0份。

24、经过实验与测试，发现符合上述配比的灭火组合物满足以下性能指标：在25℃下的临界胶束浓度(cmc)≤100mmol/l、灭火组合物的表面张力(γcmc)≤25mn/m、灭火组合物的电导率≤10μs/cm。说明该灭火组合物的表面张力小，在灭火时能够形成粒径小、大小均匀的灭火液滴，能够高效灭火。且随着经济的快速发展和现代科学技术的进步，动力电池行业对锂离子电池的安全性要求也水涨船高。而该灭火组合物的电导率小、灭火性能佳，由于灭火组合物的导电性好、不易短路产生火花，因此该灭火组合物还能够应用在动力电池领域中，能够避免电池二次放电引发的热失控或触电等意外的发生。此外，上述复配型灭火组合物不含磺酸盐，对环境危害小、应用场景广。

25、根据本发明的第二个方面，提供一种电池系统，该电池系统包括电池和灭火组件，灭火组件中包含上述灭火组合物。本发明提供的电池系统应用了灭火组件，将上述灭火组合物应用在动力电池热失控的安全防控中，不仅能够有效扑灭电池的火势，还可以有效防止电池组复燃。