基于實(shí)驗(yàn)研究的鋰離子電池火災(zāi)調(diào)查要點(diǎn)

摘要：電動(dòng)自行車中的鋰離子電池是一種電化學(xué)電池，除發(fā)生正常充放電的電化學(xué)反應(yīng)外，還可能引發(fā)一系列副反應(yīng)。當(dāng)副反應(yīng)釋放出足夠熱量時(shí)，鋰離子電池就會(huì)進(jìn)入熱失控狀態(tài)，可能引發(fā)火災(zāi)。區(qū)分原發(fā)性的鋰電池故障引發(fā)火災(zāi)，還是火災(zāi)引發(fā)鋰離子電池?zé)崾Э兀巧婕颁囯x子電池調(diào)查的關(guān)鍵點(diǎn)之一。基于此，開展了鋰離子電池過充引發(fā)火災(zāi)及外火引燃的實(shí)驗(yàn)，為判斷是否由鋰離子電池引發(fā)火災(zāi)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)自行車；鋰離子電池；實(shí)驗(yàn)研究；調(diào)查要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：X928.7" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "文章編號(hào)：2096-1227（2025）03-0119-03

電動(dòng)自行車保有量巨大，年新增量也較為龐大。據(jù)國(guó)家消防救援局統(tǒng)計(jì)，2021年電動(dòng)自行車引發(fā)的火災(zāi)是1.8萬起，2023年就增加到2.5萬起，年均增長(zhǎng)20%左右；電動(dòng)自行車火災(zāi)在全年火災(zāi)中的占比，從2021年的5.9%上升到2023年的12.7%，電動(dòng)自行車火災(zāi)已經(jīng)成為全國(guó)火災(zāi)的高發(fā)類型[1]。

1 鋰離子電池火災(zāi)調(diào)查關(guān)鍵因素分析

鋰離子電池是一種電化學(xué)電池，除發(fā)生正常充放電的電化學(xué)反應(yīng)外，還可能發(fā)生一系列的副反應(yīng)。當(dāng)副反應(yīng)放出足夠的熱量時(shí)，鋰離子電池就會(huì)進(jìn)入熱失控狀態(tài)，可能引發(fā)火災(zāi)。觸發(fā)副反應(yīng)的因素較多，一般有制造缺陷、機(jī)械濫用等[2]。

當(dāng)火災(zāi)發(fā)展到一定階段，鋰離子電池由于受熱輻射或火焰影響，也有可能發(fā)生熱失控。因此，區(qū)分原發(fā)性的鋰電池故障還是火災(zāi)引發(fā)鋰離子電池?zé)崾Э兀巧婕颁囯x子電池調(diào)查的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

為區(qū)分上述原因，筆者開展了鋰離子電池過充引發(fā)火災(zāi)及外火引燃的實(shí)驗(yàn)，分析兩者之間的異同，為判斷是否由鋰離子電池引發(fā)火災(zāi)提供技術(shù)支持。

1.1" 鋰離子電池內(nèi)部因素引發(fā)火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)研究

對(duì)三元鋰離子電池模組進(jìn)行了恒流不設(shè)電壓上限的過充，實(shí)驗(yàn)歷程見圖1。

三元鋰離子電池模組由于受過充電的影響會(huì)溢出少量白色煙氣，溢出氣體的量隨著過充電的進(jìn)行而增加。隨后噴出大量火星，瞬間點(diǎn)燃電池箱內(nèi)由于鋰電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的可燃?xì)怏w，使火焰充滿整個(gè)電池箱。快速燃燒產(chǎn)生的超壓隨即導(dǎo)致電池箱炸裂，火焰擴(kuò)散至電池箱外，并發(fā)生持續(xù)猛烈燃燒，電池溫度瞬間上升到800℃。在高溫和火焰加熱的影響下，鋰離子電池模組開始發(fā)生熱擴(kuò)散[3]。熱擴(kuò)散具有方向性，從最初熱失控電池開始，由近及遠(yuǎn)傳播，每次熱擴(kuò)散時(shí)，鋰電池火焰強(qiáng)度增大，且呈噴射狀，與開放空間內(nèi)的火災(zāi)行為類似，單次熱擴(kuò)散的時(shí)間僅為幾十秒至幾分鐘，燃燒速率較快。

1.2" 外部因素引發(fā)鋰離子電池火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)研究

將一三元鋰離子電池模組放置于方形燃燒器上方，引燃燃燒器中的汽油，實(shí)驗(yàn)歷程見圖2。

圖2為鋰離子電池受汽油火炙烤的過程。從圖2可以看出，當(dāng)鋰離子電池受到火焰作用時(shí)，不是立刻發(fā)生電池的熱失控，在受到汽油火焰影響幾分鐘后才出現(xiàn)第一顆電芯的熱失控，隨后發(fā)生猛烈的熱失控。從上述實(shí)驗(yàn)可知，外火引燃鋰離子電池需要較高的溫度和相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，而不會(huì)出現(xiàn)由于鋰離子電池引發(fā)火災(zāi)的突然性。

2 鋰離子電池火災(zāi)調(diào)查要點(diǎn)

從上述實(shí)驗(yàn)歷程可知，鋰離子電池自身故障引發(fā)火災(zāi)與外火引燃的燃燒現(xiàn)象有較大區(qū)別，鋰離子電池燃燒的初期特征是調(diào)查鋰離子火災(zāi)的關(guān)鍵因素，圍繞火災(zāi)的初期特征，主要從目擊證人詢問、視頻分析和現(xiàn)場(chǎng)勘查等方面開展。同時(shí)，還需要注意的是，現(xiàn)有技術(shù)鑒定手段尚難以確定鋰離子發(fā)生熱失控的誘導(dǎo)因素。

2.1" 詢問要點(diǎn)

目擊證人是鋰離子電池火災(zāi)調(diào)查中非常重要的環(huán)節(jié)，對(duì)了解火災(zāi)發(fā)生發(fā)展過程尤為重要，針對(duì)目擊證人的詢問，主要依據(jù)鋰離子電池?zé)崾Э氐某跗谔卣鳎枰獙?duì)目擊證人進(jìn)行針對(duì)性的詢問，主要從聞到的味道、聽到的聲音和看到的火光等方面開展。

在味道方面，鋰離子電池?zé)崾Э爻跗跁?huì)有電解液泄漏的特殊酸味和溢出氣體的刺鼻味，相對(duì)而言，焦煳味較少。

在聲音方面，鋰離子電池?zé)崾Э爻跗谕ǔ０殡S電芯泄壓閥的打開或封邊的開裂，泄壓閥的打開聲音較大，類似于鞭炮聲，而封邊的開裂則是較小的“噗”的一聲。

在視覺方面，鋰離子電池?zé)崾Э赝ǔ＞哂型话l(fā)性，一般會(huì)出現(xiàn)煙氣，緊接著煙氣之后會(huì)有明火或者爆燃的現(xiàn)象。

在詢問目擊證人時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)上述內(nèi)容有針對(duì)性地設(shè)計(jì)詢問問題，找出符合鋰離子電池?zé)崾Э爻跗谔卣鞯墓P錄。

2.2" 視頻分析要點(diǎn)

當(dāng)有視頻能直接拍攝到中心現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，可根據(jù)視頻、鋰離子電池初期燃燒特征進(jìn)行直接認(rèn)定。視頻監(jiān)控截圖見圖3，該起火災(zāi)經(jīng)歷了泄壓閥打開、煙氣及火星溢出、爆燃和火焰收縮的全過程，符合鋰離子電池氣體火災(zāi)的特性。

當(dāng)沒有直接拍攝到中心現(xiàn)場(chǎng)視頻時(shí)，還應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大視頻的收集范圍，注意收集、分析能拍攝到事故現(xiàn)場(chǎng)外圍的視頻，如能拍攝到的玻璃透出的閃光或者光潔表面的反光、事故周邊環(huán)境的晃動(dòng)等。

2.3" 現(xiàn)場(chǎng)勘查要點(diǎn)

在現(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照現(xiàn)場(chǎng)勘查的步驟和方法確定起火點(diǎn)和起火部位。當(dāng)在起火部位發(fā)現(xiàn)有鋰離子電池殘骸時(shí)，應(yīng)當(dāng)將其作為可能的起火原因重點(diǎn)勘查。

在對(duì)充電寶、電動(dòng)自行車等小型鋰離子電池儲(chǔ)能裝置展開調(diào)查時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意收集所有鋰離子電池的殘骸，分析鋰離子電池儲(chǔ)能裝置的外殼狀態(tài)，在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)出所有鋰離子電池殘骸的位置，見圖4。當(dāng)有多個(gè)鋰離子電池儲(chǔ)能裝置時(shí)，應(yīng)當(dāng)逐個(gè)分析辨別散落的鋰離子電池電芯的類型、外觀等，確定其所屬裝置。由于鋰離子電池?zé)崾Э剡^程中通常伴隨著電芯內(nèi)部材料的飛濺，因此應(yīng)逐層勘驗(yàn)直至地面，這樣有利于判斷鋰離子電池?zé)崾Э貢r(shí)對(duì)應(yīng)的火災(zāi)發(fā)展歷程。處于燃燒殘骸最底層的鋰離子電池殘骸通常能證明其形成在火災(zāi)的早期，應(yīng)予以特別關(guān)注[4]。

還需要注意的是，鋰離子電池?zé)崾Э剡^程中伴隨著高溫材料的飛濺，飛濺距離可達(dá)數(shù)米至數(shù)十米，可能會(huì)形成多個(gè)起火點(diǎn)的情況，這在現(xiàn)場(chǎng)勘查中易與放火案的起火特征相混淆。

3 結(jié)束語

通過本次實(shí)驗(yàn)研究，筆者辨析了鋰離子電池自身故障與外部引燃過程的區(qū)別，明確了鋰離子電池?zé)崾Э爻跗谔卣魇情_展鋰離子電池火災(zāi)調(diào)查的重要因素。從詢問、視頻分析和現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)等角度，總結(jié)了鋰離子電池火災(zāi)的調(diào)查要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。旨在為火災(zāi)調(diào)查人員提供參考，提升火災(zāi)調(diào)查的準(zhǔn)確性和效率。展望未來，期望通過進(jìn)一步的研究與實(shí)踐，不斷完善鋰離子電池火災(zāi)的調(diào)查體系，為預(yù)防和控制電動(dòng)自行車火災(zāi)提供有力支持，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)消防.標(biāo)本兼治推動(dòng)解決電動(dòng)自行車停放充電問題[EB/OL].https：//mp.weixin.qq.com/s/vMgIiOb3cUWKTeieyRJpcw

[2]劉洋.淺析鋰離子蓄電池?zé)崾Э卣T因及火災(zāi)原因調(diào)查技術(shù)[J].山東化工，2024，53（22）：231-233+237.

[3]榮建忠，呂銀華，張林志，等.半封閉空間內(nèi)電動(dòng)自行車鋰離子電池?zé)崾Э匮芯縖J].消防科學(xué)與技術(shù)，2024，43（8）：1086-1090+1099.

[4]何海粟.電動(dòng)汽車火災(zāi)危險(xiǎn)性與消防安全對(duì)策分析[J].消防界（電子版），2022，8（23）：82-84.