近期多起電動汽車起火爆炸事件再次將動力電池的安全性問題推上了風(fēng)口浪尖，三元材料取代磷酸鐵鋰材料電池在帶來電動汽車?yán)m(xù)航里程增加的同時，也導(dǎo)致了電池安全性的降低，在發(fā)生碰撞事故時容易引起動力電池燃燒等安全事故。為了增加在動力電池發(fā)生燃燒事故時車內(nèi)乘客的逃生時間，一般需要在電池箱內(nèi)部增加滅火系統(tǒng)，抑制熱失控在電池箱內(nèi)部的蔓延。與傳統(tǒng)的有機(jī)物燃燒不同，電池體系內(nèi)即包含還原劑，也包含氧化劑，因此簡單的隔絕空氣并不能阻止鋰離子電池的燃燒，也就是傳統(tǒng)的滅火劑并不一定適用于撲滅動力電池火災(zāi)。

動力鋰離子電池起火主要有以下特點(diǎn)：

 

1.    著火速度快、持續(xù)時間長

 

根據(jù)NFPA（美國消防協(xié)會）的實(shí)驗(yàn)，火勢僅僅數(shù)秒鐘的時間就在動力電池模塊內(nèi)快速的蔓延，持續(xù)約27min。

 

2.   燃燒溫度高

 

動力電池燃燒的一大特點(diǎn)是溫度高，根據(jù)NFPA的實(shí)驗(yàn)，燃燒中電池外部最高溫度可達(dá)283-1090攝氏度，電池內(nèi)部的溫度可達(dá)572-1121攝氏度，如此高的溫度足以引燃電池模塊內(nèi)部和汽車內(nèi)的其他可燃材料，產(chǎn)生更大的火災(zāi)。

 

3.   撲滅困難

 

對于動力電池而言，大部分燃燒反應(yīng)發(fā)生在電池外殼內(nèi)部，電池外殼阻礙了滅火劑發(fā)生作用，在實(shí)踐中動力電池火災(zāi)的撲滅時間往往超過了消防員所攜帶的氧氣瓶的供氧時間，對消防員的人身安全構(gòu)成了一定的威脅。

 

為了驗(yàn)證不同滅火劑對動力電池火災(zāi)的撲滅效果，美國聯(lián)邦航空管理局FAA測試了基于水溶液的滅火體系，如水、AF-31、AF-21等，氣體滅火劑，如FM-200、FE-36，以及干粉滅火劑，研究表明滅火劑的冷卻效果是影響滅火效果的關(guān)鍵因素，因而水基滅火劑撲滅鋰離子電池的效果最好，而干粉和氣體滅火劑對鋰離子電池火災(zāi)基本上沒有效果。

 

中國的一些研究院所，例如中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等的研究表明二氧化碳、干粉等滅火劑對撲滅鋰離子電池火災(zāi)效果不大，其實(shí)這也不難理解，這主要是因?yàn)檫@些滅火劑的主要工作原理是通過隔絕空氣中的氧氣，從而使得燃燒反應(yīng)無法進(jìn)行，但是在鋰離子電池內(nèi)部正極材料，特別是在充電狀態(tài)下的正極材料本身就是一種強(qiáng)氧化劑，而負(fù)極活性物質(zhì)、電解液等都是還原劑，已經(jīng)具備了基本的燃燒條件，因此普通的隔絕空氣型滅火劑無也就對鋰離子電池火災(zāi)起到效果，只有能夠快速冷卻效果的滅火劑，迅速帶走燃燒產(chǎn)生的熱量，使得燃燒反應(yīng)不具備持續(xù)進(jìn)行的條件，才能撲滅鋰離子電池火災(zāi)。

 

雖然水作為滅火劑撲滅動力電池火災(zāi)的效果非常好，然而在實(shí)際使用中仍然存在不少問題，例如撲滅時間長、耗水量大，因此水并不是一種十分高效的滅火劑。2009年德國博世公司測試了水、泡沫、干粉和F-500（一種微胞囊滅火劑，由Americandangerous goods Control Arts Inc 公司開發(fā)）的效果，博世公司的測試表明F-500滅火劑是撲滅動力電池火災(zāi)的最佳選擇，2013年德國機(jī)動車檢驗(yàn)協(xié)會（DEKRA）的測試也同樣表明，F(xiàn)-500是一種高效的動力電池滅火劑，能夠大幅縮短動力電池火災(zāi)的撲滅時間和降低滅火劑的消耗量。

 

F-500滅火劑的工作原理主要是通過添加劑有效的降低水的表面張力，從而在噴射的時候能夠形成微小的水滴，這些水滴能夠擴(kuò)散到鋰離子電池的內(nèi)部，迅速吸收熱量，達(dá)到滅火的效果。

 

在2017年的舉辦的火災(zāi)科學(xué)與消防工程國際研討會上，南京工業(yè)大學(xué)的Weitao Luo（第一作者）和Shunbing Zhu（通訊作者）分析了不同滅火劑對撲滅動力電池火災(zāi)的作用。實(shí)驗(yàn)中作者采用18650電池作為研究對象，分別測試純水，5%的F-500溶液和自己配置的5%溶液(陰離子/非離子表面活性劑)對鋰離子電池火災(zāi)的撲滅效果，同時還測試了水霧對鋰離子電池火災(zāi)的撲滅效果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看（如下圖所示），采用F-500滅火劑和由作者配制的陰離子、非離子溶液滅火劑的效果要明顯好于純水滅火劑，采用兩種滅火劑的電池溫度迅速下降，鋰離子電池火災(zāi)被迅速撲滅，相比于純水，滅火時間大幅縮短。作者的實(shí)驗(yàn)表明即便是采用噴霧滅火，F(xiàn)-500滅火劑和由作者配制的陰離子、非離子溶液滅火劑的效果也要明顯好于純水，僅僅4秒鐘的時間就能有效的抑制鋰離子電池的燃燒。