鋰電池一般分為鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池因可充電且能量密度高，其應(yīng)用越來越廣泛。鋰離子電池的安全性是抑制鋰離子電池及相關(guān)行業(yè)（如新能源汽車）發(fā)展的瓶頸。鋰離子電池內(nèi)部的電解液是易燃液體，電極是可燃材料，鋰電池在過充、短路、過熱、穿刺或碰撞等情況下發(fā)生熱失控，容易起火甚至爆炸，手機(jī)、電動(dòng)自行車或電動(dòng)汽車因電池著火引發(fā)火災(zāi)的案例時(shí)有發(fā)生。

　　作者集20年消防行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，并與國內(nèi)外同行廣泛交流，從2012年開始研究電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車鋰離子電池的防火，本文分享幾種針對鋰離子電池的防火方案。

　　鋰電池防火策略簡介

　　鋰電池防火需要建立具有戰(zhàn)略縱深的多道防線。除了電池內(nèi)部盡可能使用不可燃或難燃材料讓電池具有本質(zhì)安全性能外，電池外部的第一道防線是防止發(fā)生導(dǎo)致電池過熱著火的各種誘因，比如過充、短路、撞擊等，這就需要對電氣系統(tǒng)進(jìn)行安全設(shè)計(jì)。

　　當(dāng)?shù)谝坏婪谰€被突破后（比如電池管理系統(tǒng)發(fā)生故障未能及時(shí)切斷充電電源），電池溫度升高，監(jiān)控系統(tǒng)中的溫度傳感器或氣體、煙霧探測器等應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并報(bào)警，提醒工作人員處理故障，消除火災(zāi)誘因。此為第二道防線。

　　當(dāng)故障未及時(shí)處理、第二道防線被突破后，電池燃燒（陰燃）已無法避免，此時(shí)消防系統(tǒng)要做的是將燃燒限制在發(fā)生故障的電池盒（或箱）內(nèi)（containment)，并能隔離相鄰的未著火的電池和設(shè)備，避免火勢擴(kuò)大（isolation)。由于鋰離子電池?zé)崾Э睾鬁囟葮O高，現(xiàn)有的非水系滅火劑如氣體、干粉無法將電池溫度迅速降下來，滅火效果不太理想。因此將電池防火目標(biāo)設(shè)定為控火（controlledburn-down)，是一種比較現(xiàn)實(shí)的方案，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)。此為第三道防線。

　　如果控火失敗火情擴(kuò)大，對人員財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅，則需要啟動(dòng)在車內(nèi)安裝的固定式水基滅火系統(tǒng)或等待消防隊(duì)來滅火。

　　一般來說，第一道和第二道防線由電池制造商或電動(dòng)汽車制造商考慮。作為消防專業(yè)人士，可為客戶建立牢固的第三道防線，根據(jù)電池的具體型號規(guī)格性能進(jìn)行方案定制，方案所使用的部件來自世界各地，不限于某一種設(shè)備或材料。

　　鋰電池防火方案舉例

　　此方案借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，簡單易行。所用防火材料主要成分為顆粒狀礦物質(zhì)，不可燃，不導(dǎo)電，無腐蝕，安全環(huán)保，重量極輕，性能可靠且成本合理，可廣泛應(yīng)用于鋰電池生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過程中的防火滅火。以下視頻為鋰電池防火方案測試過程實(shí)錄。鋰電池因加熱或過充發(fā)熱燃燒后，在防火顆粒的保護(hù)下，無明火產(chǎn)生，無爆炸發(fā)生，僅有白色煙霧冒出，因此可避免鋰電池燃燒導(dǎo)致的火情擴(kuò)大。

　　防滅火原理：隔離氧氣窒息滅火、吸熱冷卻

　　顆粒粒徑：1-4mm顆粒密度：360kg/m3干燥松散容重：240kg/m3

　　鋰電池運(yùn)輸防火方案

　　為了確保防火控火的效果，還可在電池盒（或箱）內(nèi)安裝獨(dú)立式滅火管。該滅火管在電池著火后受熱破裂，自動(dòng)釋放出滅火氣體，將電池火撲滅。

　　此外也可采用專用于鋰離子電池的水系滅火劑，通過滅火器或固定滅火系統(tǒng)噴射。鋰電產(chǎn)業(yè)吸金千億，黃金羅盤指向何方。同心智造網(wǎng)高峰論壇--2018中國（國際）鋰電暨電動(dòng)技術(shù)發(fā)展高峰論壇于4月20-21日在上海召開，本次大會(huì)由第一鋰電網(wǎng)、賀勵(lì)展覽、同心智造網(wǎng)聯(lián)合主辦，同期舉辦中國國際電動(dòng)汽車暨充換電技術(shù)高峰論壇。本次論壇邀請到了超過40位嘉賓演講分享，來自全國各地的500多鋰電池行業(yè)相關(guān)企業(yè)代表出席，金磚鋰電峰會(huì)主席何向明給大家做《鋰離子動(dòng)力電池的安全性和可靠性》主題演講。

　　今天很高興參加金磚鋰電峰會(huì)和大家在這里見面，剛才主持人已經(jīng)介紹了，動(dòng)力電池現(xiàn)在發(fā)展的非?？欤灿泻芏嗟膯栴}，今天和大家分享一下，在動(dòng)力電池安全性和可靠性方面的認(rèn)識，下次分享一致性和快充電的科學(xué)問題，因?yàn)闀r(shí)間短，今天主要給大家分享一下鋰電為什么不安全，什么概念原因率什么，怎么應(yīng)對？安全性非常重要我們知道有一家企業(yè)在北京的三里屯著了一下，對品牌的損失也非常大，車的著火對企業(yè)非常的重要，我們看看在過去若干的例子，最典型的三星的NOTE7著火大家都知道，三星天津產(chǎn)業(yè)著火，三星在這個(gè)行業(yè)走下坡路，很多著火的例子，2006年飛機(jī)著火，鋰電池托運(yùn)的話會(huì)把箱子撬開，把鋰電池扔掉，這個(gè)坐飛機(jī)千萬不能托運(yùn)鋰電池，這些運(yùn)輸過程中的著火，這些汽車廠著火的例子非常非常的多，如果連電動(dòng)自行車也算的，很多有著火的例子，很多例子都非常的恐怖，這些例子都會(huì)非常多，都是車的例子。快速的講一下，最主要的是著名的特斯拉，全世界都有，國內(nèi)有三四個(gè)例子，非常的多。

　　為什么這些電池會(huì)著火呢？我們看看全世界有很多很多的組織，來制定安全性的標(biāo)準(zhǔn)，所有著火的電池都是通過安全性的測試依然會(huì)著火，這是安全性最討厭的情況，這些安全性的例子，有個(gè)特征，我們來說一下，我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)特征，安全鋰電池都通過安全的認(rèn)證，發(fā)展的概率是幾千萬分一，我說的是一線，不包括小廠，發(fā)生著火的原因是內(nèi)短路，內(nèi)短路是不能消除的，全世界的鋰電池都發(fā)生過火災(zāi)。這些著火的鋰電池都是合格品，為什么還有這些原因呢？是因?yàn)槲覀円驗(yàn)闇y試標(biāo)準(zhǔn)，和他們發(fā)生安全性之間，沒有科學(xué)的聯(lián)系，我們看看為什么沒有科學(xué)的聯(lián)系？主要是濫用安全性，用機(jī)電熱的電池進(jìn)行一些測試，看看電池安不安全，實(shí)際上是由內(nèi)短路造成的，這些是制造瑕疵、應(yīng)用下造成的，NOTE7和特斯拉是很好的電池，這兩個(gè)東西是不同的概念，兩個(gè)特征是不一樣的，一個(gè)是濫用安全性，一個(gè)是自引發(fā)安全性，是兩個(gè)不同的概念，這是兩個(gè)特點(diǎn)，對于濫用安全性是做測試標(biāo)準(zhǔn)的，一個(gè)是自引發(fā)安全性，是有完全不同的測電，自引發(fā)是不可以預(yù)測，是小概念的，小事件的，對于濫用安全是可以預(yù)測，每個(gè)電池都是使用的，利用濫用安全性的標(biāo)準(zhǔn)判斷電池的安不安全由于之間沒有聯(lián)系，所以造成安全性的電池不安全，通過安全的測試的主要的原因，這是最典型的。

　　另一個(gè)APU飛機(jī)，大概有四五架冒煙，冒煙以后美國安全局進(jìn)行了分析，拆開電池，全部拆開，發(fā)現(xiàn)中間有一個(gè)內(nèi)短路的地方，那么確認(rèn)內(nèi)短路造成的，所以電池目前產(chǎn)生安全性的原因主要的原因都是化學(xué)物理機(jī)械制造使用，初步分析比較多的原因是溫升，電池?zé)崾Э兀涂斐?，還有微短路，還有變形的短路等等，這些因素造成了電池內(nèi)短路發(fā)熱造成安全性能源的原因，比如說鋰電化學(xué)內(nèi)短路，有一個(gè)例子，如果電池里放一些金屬材料，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)金屬的粉粒會(huì)有一些點(diǎn)，可以做的實(shí)驗(yàn)，我們在正極里面把一個(gè)不銹鋼的粉末放在這里面進(jìn)行充換電，會(huì)發(fā)現(xiàn)隔膜的點(diǎn)會(huì)發(fā)生不銹鋼的成分，就是說明我們在正極材料的粉末通過充換電以后會(huì)切換到負(fù)極，這是做這批材料會(huì)有金屬雜質(zhì)要求的原因，這是很難完全去除掉的。還有里面的黃銅、鐵、不銹鋼都會(huì)有，這些都會(huì)造成電池產(chǎn)生熱失控的原因。

　　還有充電，我們充電的時(shí)候?qū)﹄娏鞯拇笮∮邢拗?，電流太大?huì)造成邊界條件，大于邊界條件會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)。還有隔膜，很多人來問我，國產(chǎn)的隔膜跟所有的指標(biāo)都一樣，而且廠家不愿意要，做出來的電池成品率低一些。我們分析了很多的原因，這里面做了一個(gè)圖大家看一下。里面有很多的微孔，如果在隔膜中孔比較大，阻力比較大，從四周遷移，四周就有鋰的輸出就會(huì)造成電池刺激的原因。做到一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證，在中國可以用一個(gè)很硬的東西，擠壓隔膜，擠壓掉隔膜的孔，會(huì)發(fā)現(xiàn)右下腳，會(huì)看到周圍有明顯的鋰的析出，所以隔膜的制造是非常難的，中間有一點(diǎn)點(diǎn)不一致，都會(huì)造成電池很多很多的問題，隔膜是非常高技術(shù)的東西。因?yàn)槲覀兌贾佬须?，行電時(shí)間長，會(huì)擠壓極片會(huì)產(chǎn)生電池燃燒，特斯拉很多的事故都是這種事情居多。如果產(chǎn)生這個(gè)原因會(huì)有很多很多，所有的可能性都在這里面，在工廠的時(shí)候需要嚴(yán)格的管理，從設(shè)計(jì)、進(jìn)貨等等要從這個(gè)點(diǎn)上管理電池，有一個(gè)工廠他們每年都會(huì)有一些電池工廠里面會(huì)燃燒，我到這個(gè)工廠去看了，提了很多的建議進(jìn)行改進(jìn)以后，現(xiàn)在就可以沒有了，這個(gè)也是在工廠里面的細(xì)節(jié)是需要經(jīng)驗(yàn)的，很多電池制造商沒有這個(gè)經(jīng)驗(yàn)會(huì)造成了很多的問題。

　　那么這個(gè)就是我們講的變形，可以做出來，很多地方會(huì)循環(huán)以后的變形，這些變形會(huì)造成電池?zé)崾Э氐脑?。那么我們就想現(xiàn)在這個(gè)廠家的電池能不能簡單的評估一下，很多企業(yè)研究了，我們發(fā)現(xiàn)主要的原因，低溫析鋰、負(fù)極金屬沉積，充電析鋰的做出了分析，我們大概可以把一個(gè)電池的可靠性的數(shù)量做一些分析，我們做過這個(gè)，比如說我們做的結(jié)果我們分析了國內(nèi)一個(gè)廠家的樣品，我們來看，分析結(jié)果日本的電池?zé)o論哪個(gè)批次，都是性能最好的，這是相對值，國內(nèi)和韓國差不多，國內(nèi)的電池一線品牌跟韓國已經(jīng)差不多了，在一致性的評估上基本上也是這些。日本還是最好的，日本細(xì)節(jié)做得好，韓國和中國做得差不多，國內(nèi)二三線的品牌差距很大了，下面我簡單給大家匯報(bào)一下如果一個(gè)電池做的比較安全，大概目前會(huì)有什么思路，其中一個(gè)思路產(chǎn)生熱失控的過程進(jìn)行了深入的分析。

　　引發(fā)熱失控會(huì)有一系列化學(xué)反應(yīng)，第二個(gè)溫度產(chǎn)高成為反應(yīng)的劣勢反應(yīng)，熱量溫度在升高，不斷地循環(huán)，電池溫度不斷地升高，會(huì)形成熱失控，我們把這個(gè)過程進(jìn)行分解，我們就知道這是什么反應(yīng)，控制這個(gè)反應(yīng)，控制的機(jī)理，可以通過化學(xué)反應(yīng)減少內(nèi)部的發(fā)熱，降低發(fā)熱的速率，慢慢的發(fā)熱，提高散熱力，不應(yīng)該太快，這樣電池比較安全，改變路徑的發(fā)展，比如說我們有很好正極等等組織一個(gè)電池?zé)崾Э?，那么這是我們做的一個(gè)驗(yàn)證，200WH/4KG，這樣電池做得比較安全150度6個(gè)小時(shí)以上，這個(gè)還是很大的考驗(yàn)的，包括穿刺試演也是很大的考驗(yàn)，如果做了的話，安全性是大幅度的提高這里做了一個(gè)總結(jié)，通過測試對鋰電池的隨機(jī)安全性進(jìn)行評估，不同的廠家還是很明顯，一線品牌和二線品牌結(jié)果是明顯看得出差異。日本的電池是最好的，中國和韓國的水平是差不多的，通過化學(xué)材料的改進(jìn)，鋰離子電池的安全性是可以通過的。