鋰離子電池火災(zāi)事故多發(fā)，原因何在？

◎安全始終是鋰離子電池儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展的難點(diǎn)之一，同時(shí)，相關(guān)規(guī)程規(guī)范的缺失，也加劇著鋰離子電池儲(chǔ)能行業(yè)的安全發(fā)展壓力。

◎“一般來講，導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的直接原因是電池?zé)崾Э?/strong>。造成熱失控，一方面是電芯內(nèi)部本身有缺陷，另一方面，由外部撞擊產(chǎn)生放熱，也會(huì)導(dǎo)致熱失控?？梢源_定的是，提高電池一致性，是確保電池組安全性和可靠性的重要路徑?！?/p>

◎“目前，國內(nèi)儲(chǔ)能安全的標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)規(guī)范還是比較滯后。發(fā)生事故必須把事故的真實(shí)原因找到，針對(duì)問題去提解決方案和整改措施。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范滯后的一部分，需要有關(guān)部門加緊研究和整改。”

日前，北京市豐臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能電站起火爆炸事故調(diào)查報(bào)告發(fā)布。報(bào)告認(rèn)為，南樓起火直接原因系西電池間內(nèi)的磷酸鐵鋰電池發(fā)生內(nèi)短路故障，引發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹稹?span style="color: rgb(51, 102, 255);">北樓爆炸直接原因?yàn)槟蠘请姵亻g內(nèi)的單體磷酸鐵鋰電池發(fā)生內(nèi)短路故障，引發(fā)電池及電池模組熱失控?cái)U(kuò)散起火，事故產(chǎn)生的易燃易爆組分通過電纜溝進(jìn)入北樓儲(chǔ)能室并擴(kuò)散，與空氣混合形成爆炸性氣體，遇電氣火花發(fā)生爆炸。調(diào)查歷時(shí)半年之久，對(duì)事故的來龍去脈進(jìn)行了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治霾⒌贸鼋Y(jié)論，對(duì)行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展具有深刻的借鑒和指導(dǎo)意義。

今年4月14日，“儲(chǔ)能國際峰會(huì)暨展覽會(huì)（2021）”在北京國家會(huì)議中心隆重召開。作為中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)最權(quán)威的產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告，《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2021》（以下簡(jiǎn)稱白皮書）也在此次大會(huì)上公開發(fā)布。白皮書預(yù)計(jì)，“十四五”期間，我國的電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)將正式跨入規(guī)?；l(fā)展階段。中國能源研究會(huì)理事長(zhǎng)史玉波在會(huì)上表示，作為儲(chǔ)能的重要表現(xiàn)形式，電化學(xué)儲(chǔ)能具有設(shè)備機(jī)動(dòng)性好、響應(yīng)速度快、能量密度高和循環(huán)效率高等優(yōu)勢(shì)，伴隨電化學(xué)成本凈增力的顯現(xiàn)，在可再生能源發(fā)展剛需下，電化學(xué)儲(chǔ)能將迎來快速發(fā)展。

根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式，電化學(xué)儲(chǔ)能主要包括鋰離子電池儲(chǔ)能、鉛蓄電池儲(chǔ)能和液流電池儲(chǔ)能。其中，鋰離子電池具有循環(huán)特性好、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，是目前電化學(xué)儲(chǔ)能中主要的儲(chǔ)能方式。一些對(duì)于電力供應(yīng)要求有高質(zhì)量且供應(yīng)穩(wěn)定的行業(yè)，例如醫(yī)院、銀行、指揮控制中心、通信基站等，大多使用鋰離子電池儲(chǔ)能作為應(yīng)急UPS電源，保障供電的穩(wěn)定性。但是鋰離子電池自身也有缺點(diǎn)，安全始終是鋰離子電池儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展的難點(diǎn)之一。同時(shí)，相關(guān)規(guī)程規(guī)范的缺失，也在加劇著鋰離子電池儲(chǔ)能行業(yè)的安全發(fā)展壓力。

提高電池一致性降低事故風(fēng)險(xiǎn)

“一般來講，導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的直接原因是電池?zé)崾Э亍Ｔ斐蔁崾Э?，一方面是電芯?nèi)部本身有缺陷，例如電芯電壓不平衡，使用老化或者電芯內(nèi)產(chǎn)生枝晶現(xiàn)象從而造成短路。由此，電池組本身的BMS（電池管理系統(tǒng)）、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電芯質(zhì)量、工藝管理等都非常重要。另一方面，由外部撞擊產(chǎn)生放熱，也會(huì)導(dǎo)致熱失控?！比绻履茉磩?chuàng)新實(shí)驗(yàn)室技術(shù)總監(jiān)黃峰表示，針對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э氐那闆r，目前國內(nèi)主流的解決方法主要是從外部保護(hù)和內(nèi)部改進(jìn)兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。外部保護(hù)主要是指系統(tǒng)方面的升級(jí)改進(jìn)，內(nèi)部改進(jìn)是指提高電池自身安全性能。

“安全預(yù)警和自動(dòng)控制是提升電池安全性的兩個(gè)主要方面。目前，大多數(shù)安全技術(shù)是基于利用多種傳感器對(duì)鋰電池的環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及分析，依據(jù)一定的運(yùn)行數(shù)字模型，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析，判斷鋰電池出現(xiàn)熱失控風(fēng)險(xiǎn)的概率，從而自動(dòng)觸發(fā)安全應(yīng)對(duì)裝置及運(yùn)營告警，控制熱失控影響，將電池火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)降到最低?！秉S峰補(bǔ)充說，但從根本上講，鋰離子電池?zé)崾Э睾茈y被預(yù)測(cè)。熱失控的根本原因在于電芯內(nèi)部不均衡、不一致，這會(huì)導(dǎo)致性能劣化的電池更快地衰變，甚至直接失效；也有一部分會(huì)產(chǎn)生熱失控、燃燒和爆炸。這就意味著，如果電芯內(nèi)的每一個(gè)微觀的電極材料顆粒、隔膜到宏觀的極片、殼體封裝都百分之百一致，那么所組成的電池組就會(huì)有更好的安全穩(wěn)定性。并且這個(gè)衰變到短路的過程會(huì)十分緩慢，且給出的電壓信號(hào)不明顯。通常情況下，發(fā)生事故的電池，往往是在短短的幾分鐘之內(nèi)就進(jìn)入了熱失控。事故發(fā)生后，電池幾乎全毀，事故調(diào)查困難重重，技術(shù)人員往往無法追蹤，這也讓相關(guān)研究遇到了困難。

“可以確定的是，提高電池一致性，是確保電池組安全性和可靠性的重要路徑。同時(shí)，提供外部保護(hù)的相關(guān)安全技術(shù)發(fā)展也能為預(yù)防事故發(fā)生爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間。在預(yù)警技術(shù)方面，監(jiān)測(cè)電池是否泄漏氣體的傳感器，至少能夠在電池發(fā)生事故前5分鐘進(jìn)行有效預(yù)警；自毒化技術(shù)，在電池?zé)崾Э氐那捌?，自身能夠釋放化學(xué)物質(zhì)，使得電池內(nèi)部鈍化，從而打斷熱失控的鏈條，避免事故發(fā)生?！秉S峰說。

就如何提升電池安全性，寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司高級(jí)工程師陳小波特別強(qiáng)調(diào)了電池安全防護(hù)的生命周期，“動(dòng)力電池安全是系統(tǒng)工程，對(duì)電池的安全防護(hù)應(yīng)該是全生命周期的。電池從開發(fā)設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造，到售后服務(wù)再到回收再生，都存在安全風(fēng)險(xiǎn)，要想辦法規(guī)避這些風(fēng)險(xiǎn)。”他提出，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面，要提高安全閾值，電池包從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就要做到防水、防火、防撞、防高壓漏電，同時(shí)做到高可靠性。注重制造過程的質(zhì)量與安全管控，注重動(dòng)力電池全生命周期的安全性，例如在早期階段，需要注意軟硬件故障及工藝、生產(chǎn)層面的問題；中期階段需要關(guān)注偶然性失效問題，例如電芯的膨脹、低壓連接件的老化、低壓線束老化等。最后，要加強(qiáng)售后維護(hù)、安全預(yù)警與產(chǎn)品的報(bào)廢處理。

另外，電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)合理性也很重要，要考慮到建設(shè)地周圍的溫度及氣候，同時(shí)保證變壓器、繼電器等關(guān)鍵配套設(shè)備的安裝和質(zhì)量問題，這樣才能提升儲(chǔ)能電站整體安全環(huán)境，確保鋰離子電池儲(chǔ)能安全。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范跟上安全發(fā)展同步

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)滯后已成為影響這一產(chǎn)業(yè)規(guī)范化發(fā)展的主要癥結(jié)。鋰電池儲(chǔ)能行業(yè)缺乏有效的引導(dǎo)政策和激勵(lì)措施，這可能導(dǎo)致項(xiàng)目上設(shè)計(jì)過于簡(jiǎn)單、檢驗(yàn)測(cè)試缺乏權(quán)威性統(tǒng)一性、電池安全存在隱患等問題。

“目前，國內(nèi)儲(chǔ)能安全的標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)規(guī)范還是比較滯后。發(fā)生事故必須把事故的真實(shí)原因找到，針對(duì)問題去提解決方案和整改措施。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范滯后的一部分，需要有關(guān)部門加緊研究和整改?！敝嘘P(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟常務(wù)副理事長(zhǎng)俞振華表示，從全球儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r來看，鋰電由于在動(dòng)力電池領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，特性已被行業(yè)熟知，全球新建儲(chǔ)能項(xiàng)目也基本以鋰電為主，鋰電的主流廠商在歐美市場(chǎng)保持比較低的事故率，部分項(xiàng)目的安全使用時(shí)間已經(jīng)超過8年，國外很多有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)轉(zhuǎn)化成為規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。這充分說明雖然鋰電池存在易燃、熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，但通過嚴(yán)格有效的管控、從安全角度提高準(zhǔn)入門檻，還是可以保障鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性。加強(qiáng)安全管理既有必要，也能夠讓產(chǎn)業(yè)發(fā)展更健康。

據(jù)了解，目前我國鋰離子電池儲(chǔ)能行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具體包括《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB51048—2014），《電化學(xué)儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)與電池管理系統(tǒng)通信協(xié)議》（DL/T1989—2019），《電池儲(chǔ)能功率控制系統(tǒng)變流器技術(shù)規(guī)范》（NB/T31016—2019），《光儲(chǔ)系統(tǒng)用功率轉(zhuǎn)換設(shè)備技術(shù)規(guī)范》（NB/T10186—2019）。

“盡管目前已頒布的標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了對(duì)電池本體的技術(shù)要求、裝備技術(shù)條件等方面的內(nèi)容，但對(duì)儲(chǔ)能電站控制保護(hù)設(shè)備基本技術(shù)條件、儲(chǔ)能電站及電池系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、儲(chǔ)能電站運(yùn)行環(huán)境要求、儲(chǔ)能電站消防安全等方面的標(biāo)準(zhǔn)仍然缺乏?！秉S峰補(bǔ)充道，“鋰離子電池儲(chǔ)能行業(yè)若要發(fā)展提速，我們認(rèn)為還應(yīng)聚焦在電池的安全性和可靠性等關(guān)鍵問題上，加大技術(shù)路線圖的研究投入力度。”

（作者：本報(bào)記者李金素）

鋰離子電池火災(zāi)特征及撲救措施

常見安全隱患

　　一般來說，鋰離子電池出現(xiàn)安全問題表現(xiàn)為燃燒甚至爆炸。出現(xiàn)這些問題的根源在于電池內(nèi)部的熱失控，此外，鋰離子電池還可能受到一些外部因素的影響發(fā)生安全問題，如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等。

　　目前，市場(chǎng)上新能源汽車以三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池使用最為廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歷年電動(dòng)車鋰離子電池火災(zāi)事故中，68％由于內(nèi)部或者外部短路造成，15％由于充放電造成，7％由于設(shè)備意外啟動(dòng)造成，10％為其他原因造成。

　　從起火原因看，電氣故障和自燃是造成電動(dòng)車火災(zāi)的主要原因，而過充、電池單體故障、電氣線路短路是導(dǎo)致火災(zāi)的根本原因。

火災(zāi)特征

　　氣體逸出是鋰離子電池失控的主要表現(xiàn)之一。鋰離子電池起火，會(huì)急速噴出大量的白色煙霧，其主要成分為鋰電池電解液的蒸氣或分解產(chǎn)物。在起火初期，煙霧顏色差異是區(qū)分鋰電池起火和常見火災(zāi)最明顯的特征之一。

　　鋰離子電池?zé)崾Э睾螅纸獬龅目扇細(xì)怏w與空氣混合形成爆炸性混合氣體，遇鋰電池噴射出的高溫顆粒，在局部空間會(huì)發(fā)生爆燃，導(dǎo)致起火初期經(jīng)常伴有爆炸聲響。

火災(zāi)撲救方法

　　目前，鋰離子電池火災(zāi)撲救主要有以下幾種方法。

　　1.將滅火效果較好的滅火劑與降溫效果較好的滅火劑相結(jié)合。如使用全氟己酮和細(xì)水霧先后進(jìn)行滅火，利用全氟己酮優(yōu)良的滅火作用熄滅電池火焰，隨后利用細(xì)水霧的降溫作用，及時(shí)降低熱失控電池溫度和環(huán)境溫度，防止電池發(fā)生復(fù)燃和熱失控傳播。

　　2.通過間歇噴射滅火劑的方式進(jìn)行高效滅火降溫。以全氟己酮作為滅火劑，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，首先噴射大量的全氟己酮進(jìn)行滅火，降低模組中可燃?xì)怏w的濃度。隨后根據(jù)溫度變化，多次少量的間歇噴射全氟己酮，進(jìn)行有效降溫和維持模組中全氟己酮的滅火濃度，防止電池發(fā)生復(fù)燃。

　　3.將火災(zāi)抑制膠囊置于電池內(nèi)部也可以抑制電池?zé)崾Э兀缑骰稹?/span>抑制膠囊由全氟己酮、磷酸三甲酯和五氟丙烷組成。其中，全氟己酮為滅火劑，磷酸三甲酯為阻燃劑，五氟丙烷為驅(qū)動(dòng)劑。電池?zé)崾Э貢r(shí)，膠囊受熱破裂，驅(qū)動(dòng)劑將抑制劑推向電池內(nèi)部，在短時(shí)間內(nèi)熄滅電池火，并抑制電池內(nèi)部反應(yīng)，進(jìn)而抑制熱失控的進(jìn)一步擴(kuò)展，防止發(fā)生熱失控傳播、火災(zāi)蔓延等事故。值得注意的是，滅火后要及時(shí)排氣泄壓。電池?zé)崾Э貢r(shí)，產(chǎn)生大量的可燃易爆氣體，當(dāng)電池火焰被熄滅后，這些可燃易爆氣體仍積聚在電池模組或者預(yù)制艙內(nèi)，因此需要在電池滅火后及時(shí)將這些可燃易爆氣體排出，降低模組或預(yù)制艙內(nèi)的壓力和濃度。