钜大LARGE | 点击量：3648次 | 2018年05月11日
锂电池火灾应该怎样扑灭
锂电池火灾原因
锂电池起火原因，可以划分成两个大部分，自身原因和外部原因。自身原因主要是指自身材料、结构热稳定性的好坏，对火灾发生与否的影响；外部原因，指各种滥用手段，引发的锂电池火灾。
1.1自身原因
锂电池由正极材料，负极材料和电解液组成，这几部分的热稳定性，直接影响着电芯发生热失控的可能性。
负极材料的热稳定性的影响因素
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
目前应用的负极材料，绝大部分是碳材料。在高温条件下，石墨容易与电解液发生反应，尤其电池荷电量高的状态，LiC6更是能够提升反应的激烈性。
有研究发现，负极开始反应放热的温度起点，与碳材料的颗粒度有关，颗粒越大，其开始反应的温度就越高，也就越安全。同时，不同结构的碳材料参与电解液的反应，其放热量并不相同，石墨就比无定型碳（主要指软碳和硬碳）放热量大。
正极材料热稳定性的影响因素
当前应用广泛的锂电池正极材料，都是锂的化合物。磷酸铁锂，锰酸锂和三元锂，如果泛泛的说，三者的安全性是从高到低排列的。而有人专门对正极材料在这些电池安全性中的影响做了研究。
研究认为，锂的化合物分子式中，锂的含量越高，其热稳定性就越差，开始与电解液反应的温度就越低。有个定量的比较，分子式中各个原子的比例系数，当锂的系数是0.25时，其反应温度为230℃；如果这个数值变成1，其起始反应温度就变成了170℃。此外，如果正极材料中含有除了锂以外的其他金属元素，则含锰元素的正极材料比含镍元素的正极材料热稳定性好。
电解液热稳定性影响因素
电解液可以说是热稳定性问题的核心，它的稳定性直接影响整个体系的稳定性。有人针对电解液的热稳定性做了一些列研究，结果表明：
电解液中的碳酸二甲酯含量越高，其热稳定性越差，越容易与正负极材料发生反应；电解液与越多类型材料相容性差，也就是在较低的温度下可以与多种不同的盐类发生反应，说明它越活泼，其热稳定性就越差。
老化带来的热失控
老化是一个综合的过程，负极SEI膜结构老化，出现破损，引发自生热过程；负极锂枝晶堆积，造成内短路或者遇到高温环境与电解液激烈反应。老化带来的内阻上升，使得热积累出现的概率上升。总的来说，老化与热失控风险存在正相关性。
锂电池灭火主要是由于热失控原因造成的，如果需要灭火，首先需要搞明白热失控的真实原因。引起锂电池热失控的因素主要有外部短路、外部高温和内部短路。◎内部短路：由于电池的滥用，如过充过放导致的支晶、电池生产过程中的杂志灰尘等，将恶化生成刺穿隔膜，产生微短路，电能量的释放导致温升，温升带来的材料化学反应又扩大了短路路径，形成了更大的短路电流，这种互相累积的互相增强的破坏，导致热失控。下面以钴酸锂电芯为例，简述一个典型热失控过程。A：准备阶段，电池处于满电状态；B：内短路发生，大电流通过短路点而产生热量，并通过LiC6热扩散，达到SEI膜分解温度，SEI膜开始分解，放出少量CO2和C2H4,壳体轻微鼓胀，随着短路位置的不断放电，电池温度的不断上升，电液中链状溶剂开始分散，LiC6与电液也开始反应放热，伴随着C2H5F\C3H6\C3H8产生，但反应较慢，放热量较小；C:随着放电的进行，短路位置温度继续升高，隔膜局部收缩融化，短路位置扩大，温度进一步升高，当内部温度达到Li0.5Co02的分解温度时，正极瞬间分解，并释放O2,后者于电液瞬间反应放出大量热量，同时放出大量CO2气体，造成电池内压增大，如果压力足够大，冲破电池壳体，引起电池爆炸；D:如果壳体炸开，极片散落，温度不会继续升高，反应终止；但如果壳体只开裂，极片没有散落，这时LiC6继续与电液反应，温度会继续升高，但升温速率下降，由于反应速率较慢，所以可以维持较长时间；E:当电池内部反应的产热速率小于散热速率时，电池开始降温，直至内部反应完毕；◎外部短路：实际车辆运行中发生危险的概率很低，一是整车系统装配有熔断丝和电池管理系统BMS，二是电池能承受短时间的大电流冲击。极限情况下，短路点越过整车熔断器，同时BMS失效，较长时间的外部短路一般会导致电路中的连接薄弱点烧毁，很少导致电池发生热失控事件。现在，比较多的PACK企业采用了回路中加熔断丝的做法，更能有效的避免外短路引发的危害。◎外部高温：由于锂电池结构的特性，高温下SEI膜、电解液、EC等会发生分解反应，电解液的分解物还会与正极、负极发生反应，电芯隔膜将融化分解，多种反应导致大量热量产生。隔膜融化导致内部短路，电能量的释放又增大了热量的生产。这种累计的互相增强的破坏作用，其后果是导致电芯防爆膜破裂，电解液喷出，发生燃烧起火。基于以上原因，对锂电池进行灭火处理，让我们看下特斯拉和通用的推荐：1.如果遭遇小火灾，火焰没有蔓延到高压电池部分，可以采用二氧化碳或ABC干粉灭火器灭火。2.在彻底检查火情的时候，不要与任何高压部件接触，始终使用绝缘工具进行检查。3.储存气体的充气瓶、气体支柱和其他组件可以达到沸腾液体膨胀蒸汽爆炸的极端温度。在检查到事故的“热区”前，要进行有适当精细防护的拆解。4.如果高电压电池在火灾中弯曲、扭曲、损坏，总之就是变得不成样子，或者怀疑电池出现问题。那么灭火时的用水量不能太少，消防用水要有足够的量。5.电池着火可能需要24小时才能完全扑灭。使用热成像摄像头，可以确保高电压电池在事故结束前完全冷却。如果没有热成像摄像头，就必须监控电池是否会复燃。冒烟表示电池仍然很热，监控一直要保持到电池不再冒烟的至少一小时之后。通用沃蓝达的应急救援手册中对电动汽车的消防灭火是那样指导的：如果电池达到足够高的温度，泄漏和释放电解质，电解液肯定是易燃品。这就需要用大量的水来冷却电池和灭火，因为直流和交流系统没有接地，消防员可以安全的用水作为主要灭火剂，而且没有触电的危险。ABC干粉灭火器不会熄灭电池火焰。消防员应避免在灭火或解脱操作任何高压组件中的内部直接接触，这会潜在导致电击。
针对锂电池的灭火研究，已经在国内引起了重视。10月底的一个汽车行业展览会上，不止一个报告是探讨锂电池火灾研究成果的，但暂时只是针对锂电池火灾的特点进行归纳，具体灭火手段的研究还不太深入。
具体灭火手段研究方面，走在前面的是德国，美国和英国。
德国，针对电动汽车火灾的扑救，进行过对比实验。结果发现，电动汽车火灾可以用水扑灭，但是耗水量大。添加F-500和Firesorb添加剂后，灭火效果大为改观。
美国的研究发现，锂电池火灾本质上是热失控引起的，灭火手段中降温是一个重点。针对便携式设备的锂电池起火，筛选实验结果显示，水基灭火剂降温效果最好，气体及干粉类灭火剂效果不佳。
英国主要是针对特种过程中的便携设备锂电池起火进行实验，筛选出的灭火剂类型为Halon和FE-36，并规定使用它们处置航班上发生的锂电池起火。
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