锂离子电池火灾防控和扑救的探讨

摘要：本文分析了锂电火灾发生的原因，以及锂离子电池使用过程中引发火灾情况；总结了锂离子电池采取不同的灭火处置措施和安全应急救援预案，最快限度缩短火灾扑救时间；科学系统地进行锂离子电池的火灾防控和扑救工作，最大限度保护人民的财产安全和消防员的自身安全。

关键字：锂离子电池；火灾；处置措施；消防安全

锂离子电池具有高比能，长寿命，高功率，重量轻，适用温度范围广，绿色环保等优势，近年来在电化学储能产业市场中得到广泛应用。根据工信部的数据，2024年上半年，全国锂电池产量超过480GWh，同比增长超过20%。然而，锂离子电池行业的快速发展也带来了一系列的安全问题。锂离子电池作为电化学储能的核心部件，其热安全性与能量密度呈负相关特性，能量密度越高，电池工作时化学产热就越剧烈，易导致电池内部温度过高引起热失控，产生冒烟、燃烧甚至爆炸等现象。锂离子电池火灾防控和扑救工作是目前消防安全面临的重要课题之一。

一、锂离子电池引发火灾的特征

锂离子电池引发的火灾与以往常见火灾具有很大本质上的区别，其作为高比能的储能设备，火灾引发情况多为锂离子电池设备受热失控造成结构变形和短路，进而造成能量的聚集性爆发。

（一）锂离子电池的结构分析

锂离子电池通常主要由正负极、电解液、外包装和隔膜五部分组成。

（1）正极材料需要在铝箔上冲压成型后使用。正极材料通常有镍钴锰三元材料、锰酸锂材料、磷酸铁锂材料三大类。（2）负极材料是在铜箔上冲压成型。主要是人工或天然的石墨材料。（3）极耳用来将电池内部的电能导出到外部电路。（4）隔膜在正负极之间起隔离作用，防止两极直接接触但允许电解质离子通过。（5）电解液在电池中作为能量传递的载体，传输离子从而传导电流。（6）外包装材料：一般有不锈钢壳、铝壳和铝塑膜。

（二）锂离子电池火灾成因

锂离子电池火灾与锂电池热失控密切相关，锂离子电池的热失控机理包括四个阶段：

第一阶段：锂离子电池结构受到环境温度升高，物理碰撞和过充过放等外部因素的干扰，引发电池结构的破坏或内部结构的短路，致使锂离子电池处于不安全的热引发阶段；

第二阶段：电池在一些因素引发热失控使得电池内部温度升高可达100-150℃，这就会分解电极表面的SEI钝化膜进而加剧热失控使温度急速上升，急速上升的温度又会造成隔膜受热收缩甚至融化，正负极接触短路，电池持续放热。

第三阶段：热失控的中期阶段。温度在150-200℃，电池内部温度升高，锂会和电解液等有机溶剂及其受热分解产物发生反应产生易燃碳氢化合物气体如甲烷、乙烷等，也会造成热量的剧增。

第四阶段：在这个阶段中，正极材料与电解液以及各种产物发生反应，持续放热并发出有毒有害的气体引起剧烈燃烧甚至爆炸从而危害人身安全。

二、锂离子电池设备安全设计

锂离子电池设备引发的消防安全问题，从根本上分析，需要我们进一步改善锂离子电池的电池系统和电池结构，优化正极、负极、隔膜、电解液等材料组成。

电池系统和结构安全设计发展：（1）电池系统：设计和优化电池的供电系统，增加电池感温报警和控温系统，在热引发的初期抑制电池的热失控的引发。（2）电芯设计：增加如防爆阀、电流中断器以及正温度系数装置等安全管理装置。（3）电池模块：在电池模块之间采用阻燃材料和增加散热设计。

电池组成材料安全性设计发展：（1）可以选择本征安全性高的材料做正极材料，又或者利用掺杂、包覆或者元素取代的方式提高材料耐热性。（2）可以对负极材料进行修饰增强安全性，也可以对电解液进行优化提升SEI膜的稳定性和耐热性能，又或者采用如钛酸锂这种安全性能高的负极材料。（3）在电解液中增添阻燃剂断绝电解液受热分解或者燃烧的可能性，采用离子液体、电解质盐、固体聚合物电解质替代易燃易分解的电解液改良电解液的热安全特性，通过添加过充保护剂来提升电池过冲过热的抗性。（4）隔膜材料首要解决的就是隔膜受热易收缩甚至融化的问题，那么采用高安全性隔膜材料如陶瓷进行改性，使材料热收缩弱、耐高温。

三、锂离子电池科学灭火处置措施和安全应急预案

（一）锂电生产原料和生产仓储使用场所火灾扑救处置措施。

应遵循“科学、专业、安全、环保”的处置理念，区分镍钴锰、磷酸锂、碳酸锂、氢氧化锂、六氟磷酸锂等原料类型，坚持“固定消防设施与移动消防装备相结合、工艺处置措施与消防技战术相结合”的原则，科学决策，规范处置，确保人民群众生命财产安全。首先应进行灾情核查，确认火灾发生区域原料类型，做出科学应对预判，消防员必须做出必要的安全防护。强化出入管控，必要时扩大周边疏散和交通管制范围，视情对事故现场进行稀释，降低现场毒害危险。涉及生产环节的危化品较多，处置过程中要对危化品及其理化性质快速识别，建立快速准确的应对措施。

（二）纯电动汽车火灾扑救处置措施。

纯电动汽车火灾事故应区分不同车型、不同工况、不同环境，采取不同的处置措施。原则上未检测车辆是否带电前不出水、未切断高压电前不破拆，经检测车体无电且断电后，方可采取冷却为主、控制燃烧措施，确保火势不扩大、不蔓延，救援人员要与起火车辆保持足够的安全距离，防范触电、燃烧、爆炸、中毒、灼伤等风险。动力电池起火且确认无人员时，可根据现场情况在确保安全前提下，视情采取“浸没式”手段对动力电池和车体进行冷却降温。

（3）新能源汽车交通事故火灾扑救处置措施。

新能源交通事故到达现场第一件事就是查明事故车辆以及车辆、现场的受困人员和人员伤亡情况。查明车辆详细信息如品牌、动力电池种类、容量等情况，这些车辆信息可以请生产厂家或当地经销商协助提供。检查车辆受损情况，对于电池系统、高压路线以及动力电机等重要部件要重点关注，混合动力汽车还要明确燃料箱的位置以及是否受损。对事故车辆的安全性进行评估，是否会发生漏电、燃烧以及电解液是否有喷射或者燃烧爆炸的可能，掌握现场消防措施如消防水带、水源的情况，周围是否存在危险的易燃易爆区域等，做好灭火准备。

（4）电化学储能系统电站火灾扑救处置措施。

储能系统电池数量多、规模大、功率大，安全风险高。一旦发生事故，潜在危险性大，伴随中毒、爆炸、触电危险。火场情况复杂，火势蔓延迅速，扑救所需时间长。对处置技术要求高，扑灭不彻底会复燃，易产生连锁反应。指挥中心接到报警后，除按流程受理外，应当问清储能电站基本信息，灾情规模、有无人员被困及已采取的紧急措施等情况，并立即将情况反馈给前方指挥员，同步通知储能电池供应商的专家和技术人员到场协助处置。现场指挥人员必须随时注意现场情况调整危险等级进而调控安全防控措施，根据不同灾情采取对应的防爆、防毒、防触电等安全防护措施。出现爆炸征兆时，必须立即发布命令，组织撤退，以保障救援人员的生命安全。

参考文献

[1]孔飞，徐彪.新能源汽车火灾应急处置程序及对策研究[J].中国消防，2023，（S1）：117-120.

[2]李首顶，李艳，田杰，等.锂离子电池电力储能系统消防安全现状分析[J].储能科学与技术，2020，9（05）：1505-1516.DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0111.

[3]王妮.ZIF-67衍生复合宿主的表界面调控及其在锂硫电池正极中的应用[D].西安理工大学，2023.DOI：10.27398/d.cnki.gxalu.2023.000206.

[4]李祯城.浅析压缩天然气站火灾危险特性及灭火救援对策研究——以白鹤CNG加气母站为例[C]//中国人民警察大学，中国消防协会.2024年度灭火与应急救援技术学术研讨会论文集-火灾扑救.上海市青浦区消防救援支队白鹤特勤站;，2024：3.DOI：10.26914/c.cnkihy.2024.032568.

[5]李波.锡基负极材料的制备及其锂电性能[D].上海交通大学，2014.