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。

支撐當(dāng)代社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施有必要以十分高的可靠性運(yùn)轉(zhuǎn)?；ヂ?lián)網(wǎng)服務(wù)器群和通信交流中心為了確保近乎100％的“無故障運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間”或體系可用性，它們大多都依靠一項(xiàng)十分成熟的技術(shù)——鉛酸電池，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心采用的卻是高新技術(shù)。一般，這些要害節(jié)點(diǎn)和許多其他重要部分均配備備用電源，備用電源的第一層一般是逆變器，逆變器對閥控鉛酸（VRLA）電池或功能類似的密封式膠體電池組裝的電池組供給電源轉(zhuǎn)換。

這項(xiàng)傳統(tǒng)技術(shù)之所以廣為使用，有許多原因，尤其是鉛酸電池經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，并且具備出色的可靠性。不過盡管出色卻并不完美。VRLA電池使用壽數(shù)有限（規(guī)劃壽數(shù)一般為12年），一般要害體系使用這種電池作為備用電源，不過定期更換。故障或許、的確時(shí)有發(fā)生。在一個(gè)典型的備用電源體系中，這種電池的效果正如其名—它們始終保持徹底充滿電的狀況等候主電源失效。而徹底充滿電狀況則經(jīng)過連續(xù)的小電流“浮”充電維持。如果浮充電流低于某設(shè)定限值，則電池內(nèi)部電解發(fā)生的氣體就會(huì)再化合。在這種情況下，浮充電壓即便略高于單個(gè)電池標(biāo)準(zhǔn)值2.27 V，也有或許損壞電池。小幅過電壓將導(dǎo)致電解液分出多于再化合處理量的更多氣體，這些未被處理的氣體會(huì)經(jīng)過安全閥溢出。如果電池溫度過高，即便充電電壓恰當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致電解液損耗。

其他失效形式包括前期硫酸化、極柱和板柵連接不良、極板和板柵連接不良、電解液層化及板柵加快腐蝕。另外還有一種盡管少卻是災(zāi)難性的失效形式——熱失控，這是VRLA和膠體電池所特有的一種失效形式，能夠引起爆破起火。防范熱失控的僅有方法是監(jiān)測電池內(nèi)部溫度。

只是監(jiān)測電池電壓對檢測鉛酸電池容量下降所起的效果十分有限，這一點(diǎn)現(xiàn)已得到業(yè)內(nèi)公認(rèn)。當(dāng)電池功能正在下降時(shí)，一般出現(xiàn)的是標(biāo)稱電壓，直到釋放大電流時(shí)方能顯現(xiàn)出來，而這時(shí)它的容量現(xiàn)已嚴(yán)重下降，端電壓過早跌落。經(jīng)過丈量電解液確切比重來確認(rèn)電池狀況，這種方法對密封VRLA或膠體電池不適用；常規(guī)上，檢驗(yàn)電池容量采用的僅有辦法是將整個(gè)電池組放電至受控狀況以下，不過這種方法需要電池停止使用。此外，深度放電還會(huì)下降鉛酸電池的壽數(shù)；在定期對其備用電池進(jìn)行放電測驗(yàn)以及其主電源具備高可靠性的體系上，大多采用這種測驗(yàn)方案確認(rèn)電池使用壽數(shù)。

　　聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小，國產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻甚至可以做到35mΩ以下，極大的減低了電池的自耗電，延長手機(jī)的待機(jī)時(shí)間，完全可以達(dá)到與國際接軌的水平。這種支持大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的理想選擇，成為最有希望替代鎳氫電池的產(chǎn)品。

　　經(jīng)過30年的發(fā)展，18650電池制備工藝已經(jīng)非常成熟，除了性能有了極大提升之外，其安全性也非常完善。為了避免密封的金屬外殼發(fā)生爆炸，現(xiàn)在18650電池都會(huì)在頂部配有一個(gè)安全閥，安全閥是每一顆18650電池的標(biāo)配，也是最重要的一道防爆屏障。當(dāng)電池內(nèi)部壓力過大時(shí)，其頂部安全閥會(huì)開啟排氣減壓，避免爆炸。但是，當(dāng)安全閥開啟之后，電池內(nèi)部泄露出的化學(xué)物質(zhì)在高溫的條件下會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，仍然有可能出現(xiàn)起火的情況。另外，現(xiàn)在部分18650電池還自帶保護(hù)板，具有過充過放和短路保護(hù)等功能，安全性能十分高。

近來，能夠進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測的非介入式電子法能夠檢測單個(gè)電池的臨近失效狀況，這種方法既能節(jié)約成本，又能維持整個(gè)體系的可用性。此類體系的前身一般丈量電池或電池組（電池行業(yè)術(shù)語，指封裝于同一殼體內(nèi)的多個(gè)電池）電壓—盡管其局限性眾所周知—加上充/放電流和周圍溫度。一些體系試圖丈量或推測電池內(nèi)阻，其成效各有不同。

LEM的Sentinel體系是基于依靠簡單的基本參數(shù)模仿丈量進(jìn)行轉(zhuǎn)變的搶先產(chǎn)品，現(xiàn)在現(xiàn)已發(fā)展到第3代即Sentinel III。它在單片定制規(guī)劃的SoC（體系芯片）集成電路上整合了模仿和數(shù)字技術(shù)。該裝置配置在一個(gè)丈量端電壓、電池內(nèi)部溫度以及內(nèi)部阻抗的模塊內(nèi)，關(guān)于能夠供給精確丈量結(jié)果、費(fèi)用又在大多數(shù)備用體系配置能承受的預(yù)算范圍內(nèi)的體系而言，它是規(guī)劃時(shí)一個(gè)要害要素。