鋰離子電池倉庫火災滅火救援策略研究

高金墻

摘要：鋰電池倉庫火災特征明顯不同于常規物質火災事故，滅火救援難度大，且可能產生爆炸性環境，需要針對性制定科學滅火救援策略和方案。因此，開展了鋰電池燃燒試驗，基于鋰電池燃燒試驗結果和火災事故案例，解析了成品鋰電池倉庫火災特點及滅火救援難點。結合鋰電池火災機理，針對鋰電池倉庫火災，提出了大量水滅火與強化排煙相結合的滅火救援策略。針對滅火救援過程中應急供水和排煙難點，提出了強化火災應急供水能力和火場應急排煙能力的方案，為大型鋰電池倉庫滅火救援提供參考。

關鍵詞：鋰電池火災；倉庫；滅火救援；煙氣蔓延；應急供水

中圖分類號：D631.6? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）09-0045-04

近年來，隨著電子信息行業的迅猛發展和電池工業的技術演變，市場對鋰離子電池的需求越來越大。鋰離子電池具有能量密度大、外觀體積小、循環壽命長、環境污染小等優點，在智能手機、電子煙、智能穿戴電子產品中得到了廣泛應用。此外，動力鋰離子電池在電動汽車、儲能、新型電動工具等領域也具有廣闊應用前景[1-3]。但鋰離子電池內封裝的電解液具有易燃性，電解液蒸汽具有易爆特性，電池在生產、加工、儲存、運輸等環節容易因熱失控而自燃，引發火災事故[4-5]。近年來陸續發生了多起鋰電池企業火災事故，鋰電池行業消防安全形勢嚴峻。

帶電的鋰離子電池一旦發生短路、刺穿，極短時間內就會發生熱失控，導致火災甚至爆炸的發生。此外，過充、過放電等過程、電池外部溫度過高也會引起鋰離子電池熱失控。同時，溫度超過一定限度時，電池將自身釋放氧氣加劇火災火勢，火災發生時將產生大量易燃氣體和煙霧，撲救非常困難[6]。因此，鋰電池生產企業自身和消防安全監管部門應更加重視電池制造行業的火災風險。

2016年5月31日，江蘇一電源生產企業鋰電池滿電態擱置倉庫發生爆炸事故。2016年7月10日，深圳市龍華區河背工業區一電子廠發生火災并發生了局部爆炸，火災共造成3名消防員和2名群眾受傷。2016年8月14日南京一化學新能源電池企業發生鋰電池火災事故。

根據有關研究結果，鋰離子電池正極粉料高溫時具有釋放氧氣的特點，即磷酸鐵鋰（LFP）電池在800℃時釋放氧氣；鈷酸鋰（LCO）電池和鋰鎳鈷錳（三元材料NCM）電池在200℃時釋放氧氣[7-9]。鋰電池火災特征明顯不同于常規物質火災事故，滅火救援難度大。

由于鋰電池行業企業特有的火災風險特點，導致多數鋰電池企業火災危險性大，且滅火救援困難。為了減少鋰電池火災事故人員傷亡和財產損失，特別是避免滅火救援人員的傷亡，需要針對性制定科學滅火救援策略和方案。為此，開展了鋰電池燃燒試驗，基于鋰電池燃燒試驗結果和火災事故案例，解析了成品鋰電池倉庫火災特點及滅火救援難點。

結合鋰電池火災機理，針對鋰電池倉庫火災，提出了大量水滅火與強制排煙相結合的滅火救援策略。針對滅火救援過程中應急供水和排煙難點，提出了強化火災應急供水能力和火場應急排煙能力的方案。

1 鋰電池倉庫火災特點分析

1.1? 鋰電池燃燒試驗

為了摸清鋰電池燃燒過程中的特點，根據試驗目標制定了試驗用火盤，火盤由2個尺寸為28cm×36cm×10cm的長方體不銹鋼箱體底部連通而成，試驗時將熱電偶布設在火源上部的鋼絲網上。試驗過程中使用帶電鋰離子電池（50%SOC）作為試驗對象，分別采用5塊、7塊、12塊等電池數量作為試驗火源。著火盤尺寸與探測點布設見圖1。

采用外部火源引燃聚合物鋰離子電池，溫度升高至150℃后鋰電池開始燃燒，隨后火源燃燒加劇，黑色煙氣增多，火焰增強。當加熱至失控溫度時，鋰離子電池釋放出易燃氣體，火源呈現燃燒加劇現象，并伴有黑色煙霧。見圖2。

鋰電池受熱失控后，燃燒過程猛烈。溫度是鋰電池持續熱失控的主要因素。因此，對于鋰離子電池火災的撲救應側重于冷卻滅火的機理選擇滅火劑。軟包鋰離子電池火災將產生大量的煙氣，鋰電池火災滅火救援過程的排煙問題非常重要。

1.2? 鋰電池倉庫火災特點

成品倉庫存放有大量的已充電鋰離子電池，由于電池數量眾多，個別劣質電芯因短路發生熱失控燃燒，產生大量的熱量，引起周邊電芯溫度升高，發生更強烈的熱失控燃燒，從而形成電芯的連鎖熱失控燃燒反應。當其中存有失控電池時，便可能引發火災事故。當存在人為或電氣異常時也可能引發火災事故。因此，成品倉發生火災的可能性較一般區域大。

另一方面，成品倉庫存儲數量眾多，一旦火災失控，火災規模將可能非常大。部分企業倉庫防火分區面積大，倉庫總建筑面積大，倉庫內存放的電池量非常大，危險性高。

電解液具有易燃特性，當電芯發生熱失控時，電解液會發生化學反應并釋放出易燃性氣體混合物（主要成分為H2、C3H6、C2H4、CH4等），易燃氣體在空氣中很容易達到爆炸極限，形成爆炸環境。燃燒產生的大量高溫易燃氣體蔓延到周邊區域，導致溫度急劇升高，電芯發生連鎖熱失控燃燒，放出更大量的易燃性氣體，易燃氣體濃度達到爆炸極限，遇火源將會發生爆炸[10-12]。

鋰離子電池倉庫的火災危險性突出表現為產煙量巨大、燃燒劇烈、火場溫度高、火災蔓延迅速、易產生爆炸性氣體環境。煙氣產生情況見圖3。

1.3? 鋰電池倉庫火災滅火救援難點分析

鋰電池外部正負極接觸形成短路或內部短路，電芯發熱升溫；火災外部高溫環境導致電芯升溫；升溫后電池內部的電解液受熱分解釋放易燃氣體；達到氣體燃點后氣體燃燒，同時內部的電解液和隔離膜被引燃。燃燒過程非常劇烈，火場控制火勢非常困難。

成品倉庫存儲鋰電池數量眾多，一旦火災失控，火災規模可能會非常大。部分企業倉庫防火分區面積大，倉庫總建筑面積大，倉庫內存放的電池量非常大，危險性極高。

鋰電池火災的特點之一就是產煙量非常大。煙氣蔓延迅速，容易產生火災的快速蔓延。倉庫建筑由于具有區別于一般建筑的特有結構和空間特點，火災時煙氣排放非常困難，同時加速了火災在建筑物內部的蔓延。因此，對于鋰電池倉庫火災撲救，應急排煙是滅火救援過程中的難點之一。

2 鋰離子電池倉庫火災滅火救援策略

2.1? 火場供水滅火

基于鋰電池火災試驗和燃燒機理，溫度是鋰電池持續熱失控的主要因素。控制燃燒溫度能夠有效阻止各類放熱反應。水的比熱容大，且取用方便，價格廉價，是控制鋰電池火災較為適用的滅火劑。

盡管鋰離子電池過充、過放電時會有析鋰現象，但存在的鋰金屬是非常少量的，極少量的鋰金屬與水反應，釋放出H2。極少量的鋰金屬與水反應是用水滅火的副反應，但相較于大量水的冷卻降溫效果，水撲滅鋰電池火災的效果仍是明顯的。

為此，開展了用水滅火的驗證試驗，將著火的鋰電池用夾具扔入水箱中，火焰及時撲滅，燃燒終止。驗證了可將單個或幾個電芯著火可以將著火電芯放入水箱中處置。

2.2? 應急排煙防爆

鋰電池燃燒時，電池內部的電解液會發生裂解等化學反應并釋放出易燃性氣體混合物。因此，易燃氣體在空氣中很容易達到爆炸極限，形成爆炸環境。

分析鋰電池火災事故，發生閃爆事故的案例也充分證實了鋰電池火災有可能形成爆炸性氣體環境。滅火救援過程中，必須設法破壞鋰電池火場可能產生的爆炸性氣體環境。良好通風，及時將燃燒產生的烴類氣體和電解液蒸汽排出著火建筑物，是防范發生燃爆次生事故的根本保障。

鋰電池火災的特點之一就是產煙量非常大。煙氣蔓延迅速，容易產生火災的快速蔓延。同時，外部滅火救援力量很難準確撲救內部火災、排煙困難，滅火救援非常困難。

2.3? 火場供水與應急排煙方案

批量的鋰離子電芯或電池著火燃燒需要用大量水撲救處置，因此對于消防供水能力需求較高。對于著火部位，可采用流量160L/s、射程120m以上的超大流量滅火消防車，增加著火部位的應急滅火用水。

鑒于目前多數地區市政供水能力受限的現狀，不能滿足火場多點高強度供水滅火的應急供水能力需求，預先規劃建設應急取水點，配置遠程供水系統，補充市政供水能力的缺口，是解決火場應急供水能力不足的有效方案。

目前，部分工業建筑前期設計階段，排煙系統設計不合理，導致實際排煙效果不佳，無法提供有效的滅火救援撲救場地，將嚴重影響該類場所的滅火救援效率。破拆形成排煙和事故通風條件，采用大功率移動鼓風機強行排煙和事故通風，破除受限空間的爆炸性環境。

開展火情探測，判定火災發展階段。根據火場火情和火災發展階段選擇局部內攻或外部壓制的滅火救援策略。實時研判爆炸性條件，及時作出撤離的戰術安排。及時獲取準確火場信息，制定科學滅火救援策略，減少人員傷亡[13-16]。

3 結語

第一，溫度是鋰電池持續熱失控的主要因素。控制燃燒溫度能夠有效阻止各類放熱反應。水的比熱容大，且取用方便，價格廉價，是控制鋰電池火災較為適用的滅火劑。批量的鋰離子電芯或電池著火燃燒需要用大量水撲救處置，因此對于消防供水能力需求較高。良好通風，及時將燃燒產生的烴類氣體和電解液蒸汽排出著火建筑物，是防范發生燃爆次生事故的根本保障。

第二，鋰離子電池火災產生大量的煙，特別是在倉庫或車間等通風條件不良區域，電解液和隔離膜發生不完全燃燒，產生大量的黑色煙霧。燃燒時也會產生爆炸性白色電解液蒸汽。防止鋰電池火災發生爆炸或爆燃事故的重要措施為加強應急排煙，將火災時鋰電池釋放出的易燃氣體及時排出，將室內空間易燃氣體濃度控制在爆炸下限以下。

第三，對于鋰電池倉庫火災，應及時采用大流量消防車供水滅火并破拆形成排煙和事故通風條件，采用大功率移動鼓風機強行排煙和通風，破除受限空間的爆炸性環境。開展火情探測，判定火災發展階段。根據火場火情和火災發展階段選擇局部內攻或外部壓制的滅火救援策略。實時研判爆炸性條件，及時作出撤離的戰術安排。及時獲取準確火場信息，制定科學滅火救援策略，減少人員傷亡，實現科學救援。

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Research on fire fighting and rescue strategy of lithium-ion battery warehouse fire

Gao Jinqiang

（Guangdong Construction Engineering Quality and Safety Inspection Station Co.， Ltd.， Guangdong Guangzhou 510530）

Abstract： The fire characteristics of lithium battery warehouses are obviously different from conventional material fire accidents. It is difficult to extinguish and rescue， and an explosive environment may be generated. Therefore， a lithium battery combustion test is carried out. Based on the results of lithium battery combustion test and fire accident cases， the fire characteristics of finished lithium battery warehouses and the difficulties of fire extinguishing and rescue are analyzed. Combined with the lithium battery fire mechanism， for the lithium battery warehouse fire， a fire extinguishing and rescue strategy combining a large amount of water fire extinguishing and enhanced smoke exhaust is proposed. Aiming at the difficulties of emergency water supply and smoke exhaust in the process of fire fighting and rescue， a plan to strengthen the emergency water supply capacity and the emergency smoke exhaust capacity of the fire site is proposed， which provides references for the fire fighting and rescue of large lithium battery warehouses.

Keywords： lithium battery fire; warehouse; fire fighting and rescue; smoke spread; emergency water supply