鋰電池為什么會起火？鋰電池該如何防火？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-25 10:54
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移動設(shè)備中使用的電池是化學工程的杰作：將大量的電量存儲在一個小小的方塊中，就可以讓移動設(shè)備持續(xù)運行好幾個小時。它是怎么工作的?如何才能發(fā)揮它的最大效用?
現(xiàn)代移動設(shè)備多數(shù)都使用鋰電池，主要包含兩個部分：一對電極和存在于它們之間的電解液。電極的材料有很多種，可以是鋰，也可以是石墨，甚至可以是納米 線，但無一例外都要依賴鋰這種化學成分。這是一種活性金屬，因此容易與其他元素合成。純鋰的活性極高，甚至會在空氣中自燃，所以多數(shù)電池都使用更加安全的 鈷酸鋰。
兩個電極之間是電解液，通常是一種液態(tài)有機溶劑，使得電子可以在其中流動。當鋰電池充電時，鈷酸鋰分子可以俘獲電子，然后在電池使用過程中釋放電子，從而支持手機的運行。
鋰電池是最常見的一種電池，因為它可以在最小的空間內(nèi)存儲最多的電量。這需要通過能量密度來衡量，也就是每千克電池所能存儲的電量，以瓦時(wh)為單 位。鋰電池的能量密度一般在150至250瓦時/千克之間，而鎳氫電池僅為100瓦時/千克。換句話說，鋰電池比其他類型的電池更小、更輕，因此能夠壓縮 設(shè)備的體積，但依然可以保持較長的電池續(xù)航時間。
上述化學過程可以歸納如下：設(shè)備中的電池可以存儲電量，之后，內(nèi)部的化學物質(zhì)便會以任何可能的方式釋放電量。但這同樣會出現(xiàn)問題，例如，最新的波音787夢想客機的電池就會在飛機停靠時出現(xiàn)著火故障。
這是鋰電池的缺陷之一：倘若電池放電過度，內(nèi)部的化學物質(zhì)便會分解，生成過量的氧化鋰，從而燃燒，并生成更多的氧化鋰，如此反復(fù)?；瘜W家稱之為“熱失 控”，普通人看到的是著火，這也是波音787被美國航空管理局(FAA)禁飛的原因。由于電池被刺破后也會發(fā)生同樣的情況，因此美國運輸安全管理局 (TSA)建議飛機乘客將電池小心放置于隨身行李中，而不要托運。
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)進行安全設(shè)計。
當?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)及時發(fā)現(xiàn)故障并報警，提醒工作人員處理故障，消除火災(zāi)誘因。此為第二道防線。
當故障未及時處理、第二道防線被突破后，電池燃燒（陰燃）已無法避免，此時消防系統(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，避免火勢擴大（isolation)。由于鋰離子電池熱失控后溫度極高，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設(shè)定為控火（controlledburn-down)，是一種比較現(xiàn)實的方案，技術(shù)經(jīng)濟性較強。此為第三道防線。
如果控火失敗火情擴大，對人員財產(chǎn)安全造成嚴重威脅，則需要啟動在車內(nèi)安裝的固定式水基滅火系統(tǒng)或等待消防隊來滅火。
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經(jīng)驗，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)、儲存、運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錄。鋰電池因加熱或過充發(fā)熱燃燒后，在防火顆粒的保護下，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致的火情擴大。
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)安裝獨立式滅火管。該滅火管在電池著火后受熱破裂，自動釋放出滅火氣體，將電池火撲滅。
