锂电池散温生活小科普——锂电池灭火|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

生活小科普——锂电池灭火

随着电动汽车车越来越普及，锂离子电池使用范围越来越大，如果锂离子电池发生爆燃，如何灭火呢？不少人可能会认为，燃烧需要氧气，只要隔绝氧气，就能灭火。事实上，氧气只是氧化剂一种。从消防上来讲，可燃物、助燃物（氧化剂）、引火源这三者是燃烧的必要条件。然而，锂电池内部却具备这三种必要条件，锂电池燃烧实际上是电流过大，电能转化为内能发热，而不是化学反应中的燃烧。因此，即使在真空中，只要电池内部存在故障或者其他不稳定情况，就可能引起锂电池的爆燃。

结论:锂电池灭火关键要降温，用水灭火。不能用干粉灭火（很多燃油车自带干粉灭火器），因为干粉覆盖虽然能隔绝氧气，但锂电池燃烧根本不需要氧气，干粉的覆盖却会让高温燃烧的锂电池难以散温，引发爆炸，造成更严重后果。

锂离子电池火灾及初期处置对策

锂离子电池火灾及初期处置对策

锂离子电池基本认识

所谓「知己知彼，百战百胜」，我们从锂离子电池的基本构造开始介绍，其主要的构造由：正极、负极、隔膜、电解液（锂盐加有机溶剂构成）组成，如果依其组成常见的分类如下述：

一、磷酸铁锂电池

系指以磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。其特色为不含钴等贵重元素，原料价格低且磷、铁存在于地球资源含量丰富，不会有供料问题，其工作电压适中，单位重量下电容量大的高放电功率，可快速充电且循环寿命长，在高温与高热环境下的稳定性高。

相较目前常见的三元锂电池来说，磷酸铁锂电池至少具有以下优点：安全性高、使用寿命长、不含任何重金属和稀有金属（意即原材料成本低）、可快速充电、工作温度范围广。因此，世界电动车霸主TESLA 也由三元锂电池转向以磷酸铁锂电池为动力使用。

但磷酸铁锂电池也存在一些性能上的缺点：压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低；虽然材料取得成本较低，但半成品的制造及准备与电池的制造成本却相对较高；产品一致性差及低温时性能会明显受到影响等。

二、三元锂电池

正极材料常使用镍钴锰酸锂（Li〈NiCoMn〉O2），负极通常是石墨。能量密度大，因此常被广泛使用。三元锂电池主要有镍钴铝酸锂电池，但由于镍钴铝的高温结构不稳定，致使易产生高温，进而引发危险，也因此其安全性问题常受到怀疑。

之所以会有这样的原因是由于，即使磷酸铁锂与镍钴锰酸锂这两种材料都会在到达一定温度时发生分解，不过三元锂材料相比于磷酸铁锂电池会在较低温下发生分解，且三元锂材料的化学反应较为剧烈，可能会释放氧分子，于高温作用下电解液迅速燃烧，发生连锁反应。换句话说，就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。

正因为三元锂材料有这样的安全隐患，因此根据三元锂材料容易热解的特性，厂商为抑制事故发生，在过充保护，过放保护，过温保护，过流保护这几个安全保护措施上都下不少的功夫，以防止三元锂电池之燃烧。

导致锂离子电池燃烧的常见原因

锂离子电池火灾常见起火燃烧原因有下述几项：

一、产品瑕疪。二、不正确的使用。三、重摔撞击造成电池芯、隔膜受损而导致锂离子电池的异常进而造成火灾。

在锂离子电池中一定会存在的失效风险，称之为热失控 （thermal runaway）。热失控主要是因电池内部异常，造成温度上升的一连串反应。 目前锂离子电池中常见的的电解液是以锂盐加上有机溶剂所组成，具有挥发性高、闪点低及易燃烧等特性。当受冲撞或因变形引起的内部短路及过充等种种因素，便会产生大量的热，导致电池温度上升且高达一定温度时，产生一系列的分解反应，使电池的热平衡遭受破坏。当释放出的热无法即时溢散时，便会加剧反应的进行，并引起一连串的放热反应，温度急剧升高，导致电池燃烧，严重时甚至发生爆炸，此现象即是「热失控」。

锂离子电池热失控原因主要集中在电解液对于热的不稳定性，而常见导致的因素如下：

锂离子电池热失控常见导致的因素

一、内部短路

由于电池的滥用，如掉落、挤压、撞击、过充过放导致内部的枝晶与电池生产过程中的杂质灰尘等，将恶化生成刺穿隔膜，产生微短路，电能量的释放导致温升，温升带来的材料化学反应又扩大了短路路径，形成了更大的短路电流，这种互相累积的互相增强的破坏，导致热失控。

二、外部短路

外部短路最常因在人为操作不当而产生，由于外部短路造成电池放电电流过大，易使电芯发热，而高温则会使电芯内部的隔膜损坏，造成内部短路，因而燃烧爆炸。

三、外部高温

由于锂离子电池结构的特性，在遇高温情况下内部构造、电解液会发生反应，并造成一连串化学反应，多种反应导致大量热量产生。隔膜融化进而导致电池内部短路，众多能量的释放又增加电池内部热量产生。这一连串的作用，最终导致防爆膜破裂，电解液喷出，发生起火燃烧。

四、电池过充

电池过充将使电池内部产生化学变化，并长出树枝状结晶，穿破隔膜使正负极短路，紧而导致产生一系列化学变化而起火燃烧。

因此，经由上述常见导致危害的因素中，当锂离子电池如发生爆炸燃烧时，如以一般火灾方式灭火，则容易引起周遭锂离子电池的连锁反应，进而产生大规模的灾害。

需具备的个人防护装备及抢救灭火方法

由于锂离子电池使用已经深入在民众日常生活中，不管是手机、电脑、汽车、机车等移动式型态；或是充电站、换电池站、储能柜等固定式型态，都是消防人员可能会面临到的危险，如何小心谨慎应对将是消防人员的一大课题，下述为建议方式：

一、适当的装备

由于锂离子电池燃烧甚至爆炸，过程中会产生对于人体有腐蚀性及有毒性等危害气体，危害到第一线消防人员之皮肤或呼吸道等粘膜组织，另外也有可能有触电的风险，所以全套PPE （消防帽、面罩、空气呼吸器、头套、消防衣、消防裤、手套、消防鞋）是必备的装备，并且要于危险发生前，完成正确的穿着并且先与锂离子电池保持适当的安全距离，评估现场环境才能防止不必要的伤害。抢救过程中，消防人员待命区域的选择也是一大课题，需选择相对高处且上风处，避免有毒救灾废水与有毒气体危害待命人员。

二、适当的通风环境

锂离子电池火灾通常会产生大量拥有可燃性、腐蚀性与毒性之危害气体，在适当的条件下易引起燃烧甚至爆炸。若救灾环境允许的话，请尽量建立有效通风，使救灾环境能排除危害气体，以降低危害因子，减少消防人员危害风险；如在密闭环境下，在建立任何开口时皆应特别注意，因内部环境已长时间闷烧，建立开口容易造成大量氧气的窜入，建立完整的燃烧三要素（可燃物、助燃物、热能）从而引发现场之快速燃烧或爆燃。

三、足够的水源供救灾使用

如果到达现场发现为锂离子电池火灾时，应考虑现场水源是否能有效灭火。因为锂离子电池火灾若仅扑灭其表面火焰，是无法完整中断其化学反应，电池内部通常还会有极高的温度，且锂离子电池特殊的热失控现象，会持续发生且容易产生再度复燃现象。为此，必须使用大量的水持续降温，直至锂离子电池内化学反应结束，才可避免造成再次复燃的可能。

四、搭配热显像仪进行救灾

消防人员执行锂离子电池火灾的灭火攻击时，可藉由热显像仪来监测温度，以确保锂离子电池温度降至安全范围，避免只扑灭表面火焰，而误以为灭火完成而造成电池复燃现象。

五、电动车火灾初期处理

如遇电动车、固定式充电站等锂离子电池设备起火，应先移除附近可燃物避免火势扩大延烧。且在安全状况允许下同时联络业者，并应予以设备断电，进而避免不必要的二次危害。就算是系统断电，锂离子电池本身还是会有余电存在，故在抢救时应随时注意，避免触电危害。

电动车初期处理的基本流程应涵盖：

1.穿着完整个人防护装备。2.建立安全作业区域。3.电动车车种的辨识，如果可以确认车种进而可参考内政部消防署网站的油电车紧急救援手册进行抢救或原厂作业规定进行抢救。4.随时利用听觉、视觉等多种感官判断潜在危险因子。5.稳固车辆。6.建立大量水源备援及在安全距离下进行灭火。7.依据现场救灾资源及车辆状况选择适当灭火战术（攻击、防守、顶撑）。8.依据各车种执行断电程序及人命救助。9. TIC持续观察电池模组温度。10.长时间的静置观察电池温度有无升高、复燃。

六、储能柜火灾

如果到达现场发现为储能柜火灾，千万不可因为只见有些许白烟冒出，便贸然建立开口而进入抢救，应注意内部燃烧且可能已充满了大量可燃性气体并已蓄积足够的热能，建立开口可能导致大量空气进入，便容易使其产生快速燃烧甚至是爆炸。

因此，抢救时若现场状况允许，需先尽量移除尚未受到波及之锂离子电池，避免高温使得未受波及的锂离子电池产生连锁反应，造成危害因子的增加；另应将所辖之储能柜场所地址、紧急联络人、厂商联络电话等资料建置造册。

依据美国消防协会（National Fire Protection Association，简称NFPA）855附件中，亦提及供抢救人员参考资料中，有关预防事发前的规划中，还需包含下述几点建议： 1.消防人员应了解储能柜的设备操作及紧急应变计划。2.了解现在储能柜的技术类型、潜在危害、火灾应变的方法与关于储能柜火灾的特殊事件。3.辨识所有在建筑物内储能柜断电的位置，且了解到储存在储能柜的电，能不能被独立起来或移除，因此有随时有触电风险。4.了解如何关闭储能柜及储能柜断电程序，减少火灾、感电等受伤危害。5.了解处理损害的储能柜过程，包括可能有残存电量及可能复燃等风险，且应该请专业合格人员协助移除储能柜设备。

来源丨应急救援战训营