□吕华、姜峰辉、蔡丽华
当代社会，锂离子电池的应用越来越广泛，其高能量密度的特性使其在移动电子设备、交通运输、储能系统等诸多领域都有着广泛的应用。在特定情况下，该类电池存在着严重的火灾隐患。据公开报道，仅2016年，国内锂离子电池行业发生的火灾事件就超过40起，涉及锂离子电池生产、运输、应用、回收等各个环节。
目前，针对锂离子电池及其存储的防火研究还比较有限，在美国，一些专业组织已经开展了这方面的研究，包括美国国家消防协会（NFPA）、美国消防研究基金会（FPRF）、美国法瑞尔相互保险公司（FM）等。
与锂离子电池相关的风险
锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液等组成。正极和负极浸没在电解液中，锂离子以电解液为介质在正极和负极之间移动，实现电池的充电和放电。在充电和放电过程中，锂离子在两电极之间来回嵌入和脱嵌。
目前市场上有各种类型的商用锂离子电池。例如，钴酸锂电池常用于手机和移动电子设备，镍锰钴锂电池常用于电动工具。工业研究将继续开发更多类型、具有不同特性的锂离子电池。目前尚不清楚这些特性如何影响火灾风险。
在锂离子电池火灾中，电池可能释放的总能量包括其电能（容量）、充电状态（剩余电量）和可燃负载（电池外壳和包装材料）。任何这些能量的增加都可能增加火灾风险。
锂离子电池在防火方面存在一些挑战，包括热失控的可能性以及锂离子电池中存在易燃电解质。其中，热失控会导致电池自燃，相当于火灾中的火源。此外，如果锂离子电池在储存过程中发生火灾，燃烧会非常剧烈，需要对其进行专门研究和加强防护。
热失控是指电池的快速自热反应。它几乎可以发生在所有电池化学反应中，而不仅仅是锂电池。在热失控反应中，电池会快速释放其储存的能量。此外，热失控最有可能发生在充电过程中，或电池充电后立即发生。鉴于研究有限，无法具体评估这些变量如何影响火灾的总体严重程度或可能性。
锂离子电池中的电解质易燃。如果电池发生故障，电解质可能会泄漏到环境中，如果暴露在火源下，会继续燃烧。其他电池（包括镍镉电池、镍氢电池和铅酸电池）中的电解质不易燃。在锂离子电池中，电解质允许锂离子在阴极和阳极之间转移（放电期间）。锂离子电池中的电解质含量并不固定，会随电池容量、电池密度和电池化学性质而变化。
在电池存储设施中，电池损坏可能是由外部或内部原因造成的。外部原因包括与电池无关的火灾导致热失控，以及机械损坏，例如操作不当（电池掉落或被叉车撞到）。内部原因包括电气问题（电池过度充电、过度放电或短路）以及由于制造缺陷导致的内部故障。任何这些故障都可能导致热失控和电解质泄漏。
锂离子电池的防火
首先，有一种误解认为水会增加锂电池起火的风险，这可能是由于混淆了锂离子电池和金属锂电池。金属锂电池中含有游离的锂金属，如果在燃烧的锂金属上用水，那么就会释放出大量的氢气。这些气体会燃烧并加剧火势的发展，导致快速升温并产生类似爆炸的效果。然而，与金属锂电池不同，锂离子电池中没有游离的锂金属，因此这种现象是不可能发生的。
对于少量锂离子电池的储存，建议将其存放在可靠的易燃液体安全柜或隔离的房间内，目的是防止锂离子电池自燃并点燃其他易燃物质，从而导致火势蔓延和失控。
如果锂离子电池在仓库中大量存放，无论是堆放在地面还是存放在货架中，针对剧烈燃烧的风险，最好的灭火措施是提供足够的喷水保护。如果没有足够的喷水保护，很可能大量电池受到火灾影响，并导致电池热失控。一旦开始发生热失控，相邻的电池就会发生热失控的连锁反应，导致火势失控。
目前，尚无针对保护仓库中存储的锂离子电池的已发布的标准或指南，正在进行的研究仅限于保护纸箱中存储的锂离子电池。
含有锂离子电池的设备（例如电动工具、笔记本电脑）的存储不会出现相同类型的危险，因为设备本身将电池包裹起来，从而延缓了直接接触火灾。因此，这些货物的存储保护通常基于货物的分类。货物类别的分类通常由产品本身、包装材料和货物托盘决定。
FM 通过美国国家消防协会 (NFPA) 和消防研究基金会 (FPRF) 与财产保险研究小组 (PIRG) 合作完成了一个多阶段项目。FM 对存放在纸箱中的锂离子电池进行了中型自由燃烧测试。根据这些测试，得出结论，电池相关风险会随着电池容量和充电量的增加而增加。测试还表明，大尺寸电池比小尺寸电池更早着火。
2016 年，FM 还进行了全面的火灾测试，研究喷水灭火系统对锂离子电池储存火灾的控制。该研究项目针对纸箱中储存的不同类型的锂离子电池提供了以下防护建议：
锂离子聚合物袋装电池（容量不超过20Ah，剩余容量不超过50%）和锂离子圆柱形电池（容量不超过2.6Ah，剩余容量不超过50%）；喷嘴流量系数为K320，喷嘴最小工作压力为2.4bar，有效面积内开启喷嘴数量为12个；锂离子电池组（例如由18650圆柱形电池组成，总容量不超过26Ah，剩余容量不超过50%）。
锂离子电池的开发和应用仍将持续，更多以内燃机为动力的汽车将转为电力驱动，这也将增加对电池的需求，企业和家庭也可能使用大型电池组来储存可再生能源。因此，开发危险性较低的锂离子电池和加强对锂离子电池防火的研究将尤为重要。
（作者为美国法瑞尔相互保险公司FM高级工程师）
本文来自中国保险报、中国保险网