鋰離子電池火災事故的原因分析及滅火救援對策研究

尹飛鴿 鐘文治 柯桂洲

摘? 要：伴隨新能源鋰離子電池的普遍應用，在此方面所產生的安全問題也越發暴露出來，尤其是鋰電池的安全性，更是應作為分析和研究的重要內容，由于鋰離子電池在生產、儲存、運輸、使用的過程中，都有發生火災的隱患，且燃燒速度快、溫度高、發煙量大，這自然會增加火災撲救難度。基于此，本文以鋰離子電池火災事故的原因分析為出發點，而后探討了鋰離子電池火災事故的滅火救援對策，最后對于其發展前景進行了一定探討。

關鍵詞：鋰離子電池 火災事故 原因分析 滅火救援 策略 研究

中圖分類號：TU998? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）06（a）-0031-03

Cause Analysis of Lithium-ion Battery Fire Accidents and Research on Fire Fighting and Rescue Countermeasures

YIN Feige? ZHONG Wenzhi? KE Guizhou

（Hongmei Brigade， Fire Rescue Detachment of Dongguan City， Dongguan， Guangdong Province， 523039 China）

Abstract： With the widespread application of new energy lithium-ion batteries， safety issues in this area are becoming more and more exposed， especially the safety of lithium batteries， which should be an important content of analysis and research， because lithium-ion batteries are in production During the process of storage， transportation， and use， there are hidden dangers of fire， and the burning speed， high temperature， and large amount of smoke will naturally increase the difficulty of fire fighting. Based on this， this article takes the analysis of the causes of lithium-ion battery fire accidents as the starting point， and then discusses the fire-fighting and rescue countermeasures of lithium-ion battery fire accidents， and finally discusses its development prospects.

Key Words： Lithium ion battery; Fire accident; Cause analysis; Fire rescue; Strategy; Research

近些年，雖說鋰離子電池的續航時間越發延長，但電池爆炸、自燃等狀況的發生率也越發提升，無疑會影響到相關用戶、企業的安全性，相較于傳統的鋰電池，鋰離子電池能夠利用于可嵌鋰碳材料代替以往的金屬鋰作為負極。并且，因鋰離子電池之中的氧化劑與可燃材料二者是一同存在的，若是產生高溫或是過充的情況，那么則易于導致熱失控狀況的發生，更甚會誘發火災事故產生。所以，積極解決此方面所產生的安全問題，則能夠作為沖破電池持續性發展瓶頸的一項關鍵舉措。

1? 鋰離子電池火災事故的原因分析

1.1 過充對于鋰離子電池產生的影響

對于此方面的研究人員來說，已對于鋰離子電池的主要組成原理、熱反應機理等方面實施了大力的實驗分析及研究[1]。王宏偉等人對于鋰離子電池在各種溫度狀態之下過放過充的變化方面進行了研究，并以-30℃、20℃及40℃作為主要的代表，逐一實施了過充過放實驗，而最終的實驗結果表明溫度越高，那么過充的危險性則會越大，也會更加提高電池的溫度。段冀淵等人對充電循環對于電池過充所產生的影響進行了分析和研究，而最終的結果表明循環的頻率越快，那么電池爆炸的節點則會越早，這則為電池在進行過幾次的充電與放電之后，對于其內部結構所產生的微小傷害，而這種傷害在大倍率過程的狀況之下就會加以暴露，而后就會影響到電池所具備的安全性。

在人們平日的生活之中，過充這一隱患問題較為易于發生，在過充時對于鋰電池來說，其電壓會不能控制不斷升高，而對于貧鋰情況之下的正極材料來說，則會迅速分解放熱，若是正極電勢上升到電解液氧化分解電勢時，那么最終就會導致電解液氧化分解釋放不少的熱量及氣體[2]。袁慶峰對于32Ah鋰離子電池的過充性實施了分析及研究，在研究過后，則顯示在起火之前，電池內溫度相較于外溫度來說，要明顯更高，而這則表明電池內部熱量的快速累積為電解液反應的最終結果，而此反應易于使電池溫度、內壓快速升高，致使電池產生破裂的狀況，更甚者會導致火災及爆炸事件的發生。鄭葳對于10Ah鋰電池在各種倍率狀況之下的過充狀況進行了分析和研究，而后則發現在幾何中心位置為電池的最高溫度，同時正極柱的實際受熱率要明顯大于負極柱，二者的表面溫度要顯著大于其他表面的溫度。

1.2 短路對于鋰離子電池產生的影響

對于鋰電池來說，電解質及電極材料都屬于易燃物品，也易于產生損壞的情況，致使電池短路狀況的發生，鋰電池之中的能量會以熱這一形式加以釋放，而此種迅速放熱的方式，會導致電池溫度快速上升[3]。在高溫狀況之下，則會導致電解液出現燃燒的狀況，進而則會導致電池被燃燒，若是周圍存在易燃的物品，那么就會導致爆炸狀況的發生，無疑會威脅到周圍人們的生命安全。

第一，鋰枝晶。在過充的情況之下，會使得鋰電池負極表面沉積不夠均勻，而后就會導致枝晶發生，在此情況下，鋰枝晶生長會非常快速，在折斷之后則會形成死鋰，進而就會導致其不可逆，若是尖銳枝晶對于隔膜產生了穿透的情況，那么就會導致正負極產生短路的狀況，同時還會處在自放電的情況之下，在熱量大量積聚之后，則會導致鋰電池著火，更甚會導致爆炸狀況的發生。

之所以會導致鋰離子電池過熱狀況的發生，主要是由于過充而導致的，鋰金屬結晶會導致產生微短路的狀況，然后就會導致電池溫度升高，使得電解液氣化電池內部產生氧化反應，導致電池燃燒，在深化分析之后，則體現為過度充電導致的燃燒，并非絕對產生于電池充電的情況之下，也易于產生在材料沒能夠燃燒的情況之下，在內部熱量聚集至自然溫度后，則易于產生自燃現象，而后則導致爆炸事件發生。對于鋰電池來說，若對其過放電，則會致使負極碳片結構產生塌陷的狀況，在下一次進行充電時，則會導致內部發生短路的狀況，進而則會引發火災。

第二，隔膜缺陷。高飛等人利用于AHP法，對于鋰離子電池火災危險的影響因素實施了分析和計算，最終發現隔膜為一項重要的因素。究其原因，主要是由于生煙性參數值含量較為大，不完全燃燒的隔膜會致使煙氣較多，會對人體的呼吸道產生一定的刺激性，會影響到滅火救援工作的救援效果[4]。并且在具體切割期間，鋰電池極片寬的邊緣還易于產生切割之后的一些毛刺，若是產生的毛刺刺穿了隔膜的情況，則會導致電池產生短路的狀況，利用于有機涂層或者是無機涂層，可在較大程度上優化隔膜的實際性能，也能夠防范在切割之后所產生的毛刺致使產生較多的安全隱患問題，如此能夠優化電池的安全性能。

有不少研究人員利用聚丙烯及聚乙烯等制作出了合金料制備的隔膜，這種隔膜的穩定性明顯更高，但不可否認的是，其雖可下降閉孔的溫度，然而在運用期間的均勻性卻較為不足。隔膜的強度及安全性二者之間存在著尤為緊密的聯系，若能夠加入高聚合度混合物則能夠顯著增強膈膜的強度，并且對于孔徑較小的層來說，還利于控制金屬鋰生長，使得鋰電池可更為具備安全性。

2? 鋰離子電池火災事故國內的滅火救援對策研究

2.1 科學選擇滅火劑

在高溫狀態之下，鋰金屬的反應活性非常高，若是單一運用于冷卻滅火劑或是化學抑制的方式，那么則會導致滅火器不能夠在鋰金屬表面之上形成一層覆蓋層，若是停止運用滅火劑，那么金屬則易于復燃[5]。現階段，主要是運用于銅粉滅火劑來進行滅火，這主要是由于銅粉在進行反應之后，能夠形成銅鋰合金，鈍化液態鋰表面，產生滅火的作用。再者，還可以快速散出燃燒之后所形成的熱量，確保鋰快速降溫，這樣也能夠下降燃燒的強度，保證鋰電池火災的救援效果。

2.2 重視保持安全距離

以鋰電池生產來說，要求現場指揮者務必要迅速和技術工作者之間加以溝通和聯系，具體化的了解到鋰電池的主要類型、數量，做到科學運用滅火劑，還應認真觀察，科學規劃好消防車輛的路線，觀察是否存在爆炸的可能性，重視保持安全距離，也應合理發出相應指令，快速撤出戰斗，這樣才更利于保障消防人員的安全性。

2.3 監控熱失控溫度

在產生鋰電池火災之后，務必要增多現場的用水量，還需控制電池的溫度，借助于水槍或是噴霧實施充分的冷卻，控制電池表面的溫度[6]。并且，對于內部的溫度來說，也需實施充分的控制，這樣可在較大程度上降低電解液的排氣，防范電池內部產生復燃的狀況，利于確保電池的安全性。所以，務必要監控熱失控溫度，這樣更利于保障鋰離子電池火災事故的救援效果，在最大程度上防范危及到人員的生命及財產安全。

2.4 避免救援中破拆車體的危險性

在破拆鋰離子電動汽車的救援過程中，在對電池組分布及車體構造不明確的情況下，破拆具有較強的危險性。在開展電動汽車破拆實驗的過程中，在切割和破拆電池組的環節均出現了劇烈的反應，嚴重情況下會發生爆炸。而在進行實際救援工作中，也出現了未知車體構造的情況下，導致切割電池組的時候發生了人員傷亡情況。因此，為杜絕上述問題發生，需要在破拆之前，對電池組的分布情況及汽車的構造有了充分的了解，還需要對車體上部進行優先破拆，對車體后部和底部的破拆應謹慎，必要情況下則無需破拆，以此避免出現破拆風險，提高火災救援的安全性[7]。

2.5 避免救援中射水的導電性

較比傳統汽車，鋰離子電動汽車系統具有較大差別，在車體內具有高壓電氣系統，因此，可以對其進行有效利用。國外研究表示，在對鋰離子電動汽車整車火災實驗進行檢測環節，需要對滅火水槍槍口進行定時的電氣測量，在水槍槍口的電壓、電流在額定安全值的情況下，則表示可以通過大量射水的方式對鋰離子電動汽車的火災進行救援。

3? 鋰離子電池火災事故國外的滅火救援對策研究

在國際方面，NFPA（美國消防協會）在研究以鋰離子電動汽車為代表的新能源電動汽車的危險性方面較為領先，比國內開展的鋰離子電池火災事故更早。為更加高效地開展滅火救援工作，NFPA先對鋰離子電池發生火災的原因進行了分析，由于電池內部故障而引發熱失控，滅火系統對熱失控無法阻止，并且，由于在電芯單元之間不具備多層隔熱保護，進而導致級聯熱失控。這是導致火災的主要原因，在發生火災過程中，若是處于早期階段，應通過現有滅火系統對火勢進行處理。而在火勢比較嚴重的情況下，應使用ABC干粉滅火器滅火。此外，NFPA的鋰離子火災救援體系十分精準化，在滅火時由于鋰離子電池著火約24h才能完全撲滅，因此，會使用熱成像攝像頭進行輔助滅火，以此對鋰離子電池進行監控，直到確保不再冒煙后再觀察最少1h，才能確保火勢被完全撲滅。再者，若電池的溫度較高，會釋放和泄露電解質，而電解質是易燃品，這時可以利用大量的水進行滅火，且沒有觸電安全。

4? 結語

總而言之，鋰離子電池所具備的優勢較多，如能量密度高，具備綠色環保性，同時充放電的時間還較短，所以在現階段已然是最具優勢的電池體系。但鋰離子電池火災事故卻易于發生，而在分析原因之后，發現許多因素均會致使鋰離子電池火災事故的發生，對此積極探索和分析滅火救援的對策就顯得尤為關鍵，這則包括科學選擇滅火劑，重視保持安全距離及監控熱失控溫度等，從而真正保障滅火救援的效果。并且，還應采取切實可行的方式，盡可能地預防鋰離子電池火災事故的發生。

參考文獻

[1] 紀常偉，王兵，汪碩峰，等.車用鋰離子電池熱安全問題研究綜述[J].北京工業大學學報，2020，46（6）： 630-644.

[2] 李煌.三元鋰離子電池熱失控傳播及阻隔機制研究[D].合肥：中國科學技術大學，2020.

[3] 龐敏，魯義，施式亮，等.鋰離子電池火災風險管控研究現狀分析[J].安全，2020，41（2）：61-64，72.

[4] 黃沛豐，劉家亮，金翼，等.基于火三角模型的鋰離子電池火災事故樹分析[J].安全與環境學報，2018，18 （1）：66-69.

[5] 郭志剛.淺議鋰離子電池火災事故危險性及火災預防對策[J].廣東公安科技，2017，25（3）：52-53，72.

[6] 周會會，宋鵬，蘇文彬.鋰離子電池火災事故的原因分析及對策研究[J].電池工業，2017，21（4）：25-28.

[7] 郭志剛.淺議鋰離子電池火災事故危險性及火災預防對策[J].廣州化工，2017，45（14）：216-217.