一种抑制复燃的凝胶灭火添加剂及制备方法与应用与流程

本发明属于消防安全，涉及一种抑制复燃的凝胶灭火添加剂及制备方法与应用。

背景技术：

1、随着锂离子电池在新能源汽车及储能系统中的广泛应用，其在过充、短路或机械损伤等条件下易发生热失控并引发火灾。针对该类火灾，现有技术主要采用水基灭火剂、干粉灭火剂及气体灭火剂等手段进行处置。其中，水基灭火剂具有良好的冷却能力，且部分经过去离子处理或引入绝缘组分的水基体系已具备较低电导率，能够在一定程度上满足带电环境的使用要求。然而，该类灭火剂整体仍以流体形式存在，附着性和滞留能力有限，在复杂电池结构中易发生流失，难以在热源表面形成持久稳定的覆盖层，从而影响持续冷却及抑制复燃的效果。干粉灭火剂虽能快速抑制明火，但其主要依赖化学抑制作用，缺乏持续冷却能力，难以有效降低电池内部温度；气体灭火剂主要通过窒息作用发挥，对电池内部持续放热反应的抑制能力亦较为有限。此外，泡沫灭火体系虽可通过覆盖作用隔绝空气，但在锂离子电池热失控产生的高温及气体冲击条件下，其泡沫结构易被破坏，难以长期维持稳定覆盖。

2、近年来发展出的凝胶型灭火材料，通过高分子组分构建三维网络结构，可显著提高灭火剂在燃烧表面的附着性与滞留能力，从而延长水分在高温区域的停留时间，在一定程度上提升持续冷却效果。因此，凝胶体系不仅有助于降低热量释放速率，还能够在被保护表面形成覆盖层，起到隔绝空气和抑制可燃气体逸出的作用。然而，现有凝胶灭火剂多侧重于通过结构增稠来提升冷却性能，其在高温条件下的快速响应能力、结构稳定性以及抑制复燃性能仍有待进一步提高。尤其是在锂离子电池热失控过程中，持续放热及气体冲击易导致凝胶结构发生破坏或失稳，从而影响其长期覆盖与作用效果。

3、因此，亟需开发一种能够在高温条件下快速响应并形成稳定覆盖层，同时兼具优异保湿性能、良好附着性及长效抑制复燃能力的多功能协同灭火体系，以克服现有技术存在的上述不足。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种抑制复燃的凝胶灭火添加剂及制备方法与应用。

2、为实现上述目的，具体的技术方案如下：

3、本发明提供了一种抑制复燃的凝胶灭火添加剂，原料包括以下重量份的组分：

4、成胶剂1～5份、增稠剂1～4.5份、交联剂2～5份、渗透剂1～3份、阻燃剂2～6份、防冻剂3～5份；

5、所述成胶剂选自羟丙基甲基纤维素（hpmc）；所述增稠剂选自壳聚糖和/或乙二醇壳聚糖；所述交联剂包括三聚磷酸钠（stpp）和硝酸钙。

6、本发明凝胶灭火添加剂与水复配后可制成具有快速成胶、持续冷却、绿色环保等特点的温敏凝胶灭火剂，适用于锂离子电池火灾的应急处理与热失控防控。本发明采用的温敏骨架羟丙基甲基纤维素可在锂电池热失控初期迅速响应高温，快速形成覆盖膜，隔绝空气并覆盖热源，实现对火焰的快速抑制和隔热封锁，有效阻断燃烧链式反应；增稠剂壳聚糖和乙二醇壳聚糖构建的三维网络结构，增强了凝胶在复杂电池表面的附着力和滞留能力，使灭火剂能够在热源表面长期停留，实现持续冷却和复燃抑制；交联剂stpp和硝酸钙形成多价阳离子交联网络，用于辅助交联，提高凝胶在高温及气体冲击条件下的结构稳定性，避免覆盖层破裂，从而增强灭火剂的长期保护能力。

7、进一步地，所述凝胶灭火添加剂，原料包括功能性助剂3～5份，所述功能性助剂选自丙二醇（pg）。

8、本发明采用的功能性助剂丙二醇用于保持水分、改善流变性能并降低低温凝固点。

9、进一步地，所述三聚磷酸钠（stpp）和硝酸钙的质量比为（1～2）:1。

10、本发明采用上述质量比的交联剂，形成的多价阳离子交联网络结构更均匀，既能保证凝胶成型速度适配锂电池热失控的响应需求，又能获得更高的结构强度，在热失控释放的高速气流冲击下，不易出现破裂、脱落问题，可以维持覆盖层的完整性，保障长期隔热抑燃效果，同时不会因为交联度过高导致凝胶体系提前固化，影响灭火剂储存和使用时的流动性。

11、进一步地，所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚（aeo-9）。

12、本发明采用渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚aeo-9能够增强灭火剂对电池模组间隙及热源表面的渗透能力，确保凝胶均匀覆盖难以触及的区域，提高灭火均匀性和可靠性。

13、进一步地，所述阻燃剂选自聚磷酸铵（app）和/或硝酸铵（map）；优选由聚磷酸铵和硝酸铵组成；更优选所述聚磷酸铵和硝酸铵的质量比为（1～2）:1。

14、本发明采用上述阻燃剂可在高温下形成隔热炭层，同时抑制燃烧链式反应，有效防止热失控后的复燃风险，显著提升电池灭火安全性。且通过上述配比的复合阻燃剂可避免单一阻燃剂用量过大对凝胶流动性和成型性能造成负面影响，兼顾阻燃效率与灭火剂的使用性能，协同提升对锂电池热失控的抑制效果。

15、进一步地，所述防冻剂选自丙二醇（pg）和/或二丙二醇（dpg）；优选由丙二醇和二丙二醇组成，更优选所述丙二醇和二丙二醇的质量比为1:（0.5～2）。

16、本发明采用上述防冻剂可保证低温下体系的流动性和保湿性能。

17、本发明还提供了上述凝胶灭火添加剂的制备方法，包括以下步骤：

18、（1）将成胶剂溶解于去离子水中，静置消泡，得到溶液a；

19、（2）将增稠剂溶解于去离子水中，静置消泡，得到溶液b；

20、（3）将溶液a、溶液b与交联剂在室温搅拌混合，得到溶液c；

21、（4）将功能性助剂、渗透剂、阻燃剂、防冻剂与溶液c搅拌混合，静置消泡，干燥、粉碎。

22、本发明所制得的灭火凝胶为粉末状固体形式，具备良好的储存稳定性和运输便利性，显著拓展了其在多场景中的应用可能。

23、优选地，将成胶剂、增稠剂分别在65～75℃下干燥1～2小时。

24、进一步地，步骤（1）和步骤（2）中，所述成胶剂和增稠剂分别在60～80℃下搅拌1～2h溶解于去离子水中，静置时间为20～24h。

25、进一步地，步骤（3）中，搅拌的时间为1～2h；步骤（4）中，静置时间为12～24h。

26、进一步地，步骤（4）中，所述干燥是在60～80℃的真空条件下；优选粉碎后使用100目筛网进行过筛。

27、本发明还提供了一种水凝胶灭火剂，包括上述凝胶灭火添加剂或上述凝胶灭火添加剂制备方法得到的凝胶灭火添加剂。

28、进一步地，所述水凝胶灭火剂中，所述凝胶灭火添加剂为所述水凝胶灭火剂质量的2～5%。

29、本发明凝胶灭火添加剂与水复配后可制成具有快速成胶、持续冷却、绿色环保等特点的温敏凝胶灭火剂，适用于锂离子电池火灾的应急处理与热失控防控；使用方式简便，仅需少量添加即可发挥作用，具有较低成本与较高的应用推广价值。

30、与现有技术相比，本发明具有以下显著的有益效果：

31、本发明通过温敏骨架和高分子网络结构的设计，使凝胶灭火添加剂在锂电池热失控初期能够迅速增稠并形成稳定覆盖层，延长水分在高温区域的停留时间，从而显著提高持续冷却效果，并有效隔绝空气和抑制可燃气体释放。同时，本发明通过合理选择增稠剂、交联剂、渗透剂及阻燃剂等功能组分，实现各组分之间的协同作用，不仅提升了凝胶结构的高温稳定性和保湿能力，还增强了对热失控过程的长效抑制复燃的能力。此外，该体系在保证快速响应和结构稳定性的同时，还兼顾了复杂电池模组表面附着性及渗透性，使灭火剂能够充分覆盖电池表面及内部热源区域，实现对动力电池及储能电池热失控火灾的高效、安全、可靠处置。

32、本发明通过温敏响应与多功能协同设计，提供一种具有高温快速成膜、温敏响应、附着性优异、持久冷却、抑复燃及阻燃保护功能的凝胶灭火添加剂，解决了现有锂离子电池灭火技术中灭火迟缓、复燃频发、附着性差、环境适应性差等问题，具有重要的应用前景和产业推广价值。