镍镉电池内部 内蒙古自治区应急管理厅 公共安全知识库
五问锂离子电池
进入21世纪以来，煤炭、石油等传统不可再生能源的短缺以及传统不可再生能源造成的严重环境污染，促使发展可再生、清洁、高效的新能源。尽快建立能源系统。
可再生新能源主要包括太阳能、风能、潮汐能、水能和地热能。 这些可再生能源虽然资源丰富、开发成本较低，但由于其间歇性、波动性的特点，难以并入电网。 使用。 为了在这些可再生能源过剩时储存和再利用，大规模发展储能技术至关重要。
锂离子电池安全吗？
目前的储能技术主要分为三类：物理储能、化学储能和电磁储能。 其中，化学储能主要包括液流电池、电池、超级电容器等。电池因其电压稳定、安全可靠、价格低廉、应用范围广、原材料丰富、且回收率高。
根据所用材料的不同，电池可分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等，其中锂离子电池由于能量密度高而发展迅速、输出电压高、使用寿命长、自放电率低等诸多优点。 它们已广泛应用于可再生能源、智能电网、分布式发电、微电网系统、新能源汽车等领域。 、工业节能、应急供电、家庭储能、仓储物流等领域。 《中国制造2025》和工信部《汽车工业中长期发展规划》均明确将新能源汽车列为我国汽车工业未来重点发展领域和突破口建设汽车强国。 欧盟计划在2035年停止销售燃油汽车，全面向纯电动汽车过渡。
随着锂离子电池的大规模生产和应用，国内外储能、仓储、物流领域都发生了不同程度的火灾甚至爆炸事故。
2019年4月，美国亚利桑那州一储能站发生爆炸，造成4名消防员受伤，其中2人重伤； 2021年4月16日，北京南四环锂电池储能站发生爆炸，造成2名消防人员受伤。 牺牲和一名消防员受伤； 2019年2月，英国最大生鲜电商位于汉普郡的仓库发生火灾。 经调查，火灾系仓库内机器人碰撞引起。 预计总体损失将超过4亿美元。
此外，有关纯电动车火灾事故的报道也引起了社会的广泛关注，其中很大一部分火灾是由电动自行车引起的。 据应急管理部消防救援局2021年7月发布的信息，今年以来，全国共发生电动车火灾事故6000余起。 新能源火灾事故突发性强，火势蔓延快，持续时间长，事故潜在性高，伴有有毒气体释放和爆炸风险，复燃风险高。 锂离子电池组一旦燃烧，火势难以扑灭，极易引发次生灾害。
锂离子电池有哪些分类？
锂离子电池按正极材料分类，主要有钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍钴锰三元锂电池、磷酸铁锂电池等。目前磷酸铁锂电池最常用于能源储存站。 少数国家使用镍钴锰三元锂电池。 常用的动力电池主要有镍钴锰三元锂电池和磷酸铁锂电池。
锂离子电池的结构一般由正极、负极、隔膜和电解液组成。 此外，电池还包括粘合剂、导电剂、集流体和包装材料等成分。 锂离子电池隔膜、电解液等材料属于易燃或可燃材料，受热易分解，产生的气体产物易燃烧，导致热失控。
随着电动汽车的发展，人们对电动汽车的续航里程要求越来越高，要求电池的充电速度越来越快。 这样增加了电池中的活性物质含量和活性，也变相提高了锂离子电池的性能。 火灾风险； 电池能量密度的增加也增加了锂离子电池释放能量的潜力。
锂离子电池为什么会着火？
锂离子电池起火的主要原因是电池的热失控。 当电池发生热失控时，电池温度会迅速升至400摄氏度至1000摄氏度，导致火灾、爆炸等事故。 锂离子电池热失控的主要原因大致可分为机械滥用、电滥用、自身缺陷和高温环境。
机械滥用包括冲击、挤压和刺穿等类型。 锂离子电池在使用、储存和运输过程中，由于挤压、碰撞、刺穿等外力作用，电芯或电池组可能会发生变形，导致电池隔膜损坏和内部短路，最终导致电池损坏。一场火灾。 在机械性虐待中，刺伤最为严重。 是指尖锐的导体刺入电池本体，造成正负极直接短路。 刺穿会导致电池在刺穿点发生短路。 短路区因短路而产生大量热量，形成局部热区。 当热区温度超过临界点时，就会发生热失控，引起冒烟、火灾甚至爆炸。 碰撞、挤压和刺穿的相似之处在于它们都会引起局部内部短路，从而可能导致热失控。 不同的是，碰撞和挤压只是概率性的内部短路。 相比之下，刺穿过程中产生的热量更强烈，热失控的概率更高。
电滥用主要有过充、过放、短路等类型，这主要是由于电池使用不当造成的。 当电池过充时，正极电压逐渐升高，脱锂过程变得困难。 这导致电池的内阻急剧增加，从而产生大量的焦耳热。 同时，正极中的氧气放出大量的热，负极的温度升高。 它还会与电解质发生放热反应。 当一系列放热反应导致电池内部温度升高到一定水平时，就会发生热失控。 当电池充电时，锂离子沉积在负极表面，形成锂枝晶。 锂枝晶很容易刺穿隔膜并导致正负极之间的短路。 当电池过度放电时，电池电压下降，可能会导致负极铜箔溶解，加速电池失效。 短路包括外部短路和内部短路两种； 外部短路是指锂离子电池正负极之间不经过负载直接导通。 当发生外部短路时，电池产生的热量无法有效散发，电池温度也会随之变化。 当它上升时，高温会引发热失控。
自身缺陷主要包括毛刺、杂质、工艺缺陷、不一致等类型。 在电池制造过程中，电池极片周围存在金属毛刺或极片内混入金属颗粒。 在一定条件下，毛刺或金属颗粒会穿透隔离膜，造成内部短路。 电池模块或电池组需要锂离子电芯在生产和使用过程中保持良好的一致性。 当生产工艺存在缺陷或电池管理系统管理缺陷时，会造成锂离子电芯的不一致，导致电池模组或电池组整体使用过程中出现电芯过充、电芯间自放电等现象。 ，加速电芯老化，电池性能下降，最终引发热失控。
高温环境包括热冲击、散热不良等。当电池受到外部热量的影响以及电池内部产生热量而电池冷却系统失效时，就会形成高温环境。 高温环境会加速锂离子电池的老化和电池性能的下降，导致电池在使用过程中发热增加，形成恶性循环，最终引发热失控。 过高的温度还可能直接分解电池隔膜材料，造成内部短路，从而可能导致热失控。 为了解决锂离子电池的热失控问题，可以提高锂离子电池的本质安全性，加强外部防护。 从目前的研究热点来看，提高锂离子电池的本质安全性主要集中在开发可减少或消除针状金属晶体形成的热稳定性高的正负极材料以及新型隔膜的开发耐高温和机械力。 加强外部防护主要包括优化电池制造工艺、严格控制电池出厂前的检测； 设置电池监测和保护装置，不断提高电池管理系统的管理水平； 设置电池冷却系统，增强电池散热能力。
如何选择锂离子电池？
对于消费者来说，为了避免锂离子电池安全事故的发生，应做好以下几点：
首先，在购买锂离子电池及相关产品时，应选择正规厂家的产品，并选择与电池电压、电流相匹配的充电器；
其次，在给锂离子电池及相关产品充电时，应按照使用说明正确充电，避免充电时间过长；
三、在存放、移动、使用锂离子电池及相关产品时，尽量避免对电池的碰撞、挤压等强力外力；
四、应避免在高温等环境下储存和使用锂离子电池及相关产品；
五、不要随意拆卸、解剖电池；
第六，不要擅自修改电动自行车内的电气线路，或者擅自更换大容量电池，这样很容易导致电线过载、短路等。
锂离子电池起火如何扑灭？
关于锂离子电池火灾的灭火，储能站最常用的灭火介质是七氟丙烷、全氟己酮和细水雾，而车载灭火装置最常用的灭火介质是干粉和气溶胶。 上述灭火介质仅对锂离子电池初期火灾有效，除水外，无法防止锂离子电池复燃。 扑灭锂离子电池火灾需要大量的水，扑灭时间长，并且会造成水污染。 一般用于无法扑灭的最后阶段处置。
遇到锂离子电池火灾时，应首先穿戴好个人防护用品和呼吸防护用品，然后开始灭火。
对于纯电动汽车火灾，需要注意的是，除救治或救援被困人员时近距离作业外，灭火、处置时应保持5米距离。 灭火时，应先切断电源，然后在上风处灭火，以免吸入有毒烟雾。 消防救援作业时严禁切割、撬开车辆结构件和电器元件，以免触电和扩大电池热失控。 重点控制火势强度，持续给电池组降温，降低爆炸风险。 实时监控电池温度，防止热扩散和复燃。 在电池电量全部放完之前，应将车辆残骸放置在露天，并与周围保持合理的安全距离。 对车辆残骸要进行24小时监控，并安排专业人员处理。
对于储能站等储存场所的锂离子电池火灾，灭火时应首先确定火情。 当火灾事故处于早期且未发生爆炸时，严禁直接向电池组喷水。 主要目的是根据情况对外围外围控制进行降温和灭火； 当锂离子电池发生大面积燃烧或爆炸时，应使用大量的水冷却火源并扑灭火灾，防止事故扩大。 在处置过程中，必须与锂离子电池保持安全距离，并做好防触电保护。 封闭的锂离子电池储藏室着火时，不得盲目打开或破开，防止爆炸或闪络。 可进行必要的现场检查、排烟、抑爆作业，并可利用无人机等设备进行灭火，降低人员安全风险。
随着技术的进步，能量密度高、安全性好的新型锂离子电池的研发，电池管理系统管理水平的提高，精准、高效、适用、安全的锂离子电池的研发和应用电池防火技术和设备将是锂离子电池安全未来的发展趋势。 （张毅、王丽芬、袁波，作者单位：应急管理部四川消防研究所）