为啥电动自行车充电会起火？“这五问”帮你搞懂
关于锂离子电池的五个问题
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环境污染严重，促使人们迫切需要发展可再生、清洁、高效的新能源体系。
可再生能源主要包括太阳能、风能、潮汐能、水能和地热能等，这些可再生能源虽然储量丰富、开发成本低，但由于其间歇性和波动性的特点，很难并入电网。为了在可再生能源过剩时将其储存起来并重新利用，大规模发展储能技术至关重要。
锂离子电池安全吗？
目前储能技术主要分为物理储能、化学储能、电磁储能三大类，化学储能主要有液流电池、储能电池、超级电容器等。储能电池具有电压稳定、安全可靠、价格低廉、适用性强等特点，具有应用范围广、原材料丰富、回收利用率高等优势，成为目前最成熟、最可靠的储能技术。
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，其中锂离子电池具有能量密度高、输出电压高、使用寿命长、自放电率低等诸多优点，发展迅速，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、工业节能、应急电源、家庭储能、仓储物流等领域。工信部《汽车产业中长期发展规划》明确将新能源汽车列为我国汽车产业未来重点发展领域和建设汽车强国的突破口，欧盟计划2035年停止销售燃油汽车，全面转型为纯电动汽车。
随着锂离子电池的大规模生产和应用，国内外储能、仓储、物流等领域均发生了不同程度的火灾甚至爆炸事件。
2019年4月，美国亚利桑那州一座储能电站发生爆炸，造成4名消防员受伤，其中2人重伤。2021年4月16日，北京南四环一座锂电池储能电站发生爆炸，造成2名消防员死亡。2019年2月，英国最大生鲜电商Ocado旗下位于汉普郡的仓库发生火灾，经调查发现，火灾是由仓库内机器人相撞引起的，整体损失预估超过4亿美元。
此外，纯电动汽车火灾事故报道也受到社会广泛关注，其中由电动自行车引发的火灾也占比较高。据应急管理部消防救援局2021年7月发布的信息，今年以来，全国共发生火灾2000余起，其中电动汽车火灾事故6000余起。新能源火灾事故突发性强、蔓延快、持续时间长，潜在危险性大，伴有有毒气体释放和爆炸危险，复燃风险大。锂离子电池包一旦起火，扑灭难度大，容易引发次生灾害。
锂离子电池有哪些分类？
锂离子电池按正极材料分为钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍钴锰三元锂电池、磷酸铁锂电池等，目前储能电站最常采用的是磷酸铁锂电池，少数国家采用的是磷酸铁锂电池和镍钴锰三元锂电池。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，此外电池还包括粘结剂、导电剂、集流体和封装材料等。锂离子电池隔膜、电解液等材料都属于挥发性物质，易燃或可燃物质受热容易分解，产生的气体产物容易燃烧，造成热失控。
随着电动汽车的发展，人们对电动汽车续航里程的要求越来越高，电池的充电速度也越来越快，这增加了电池中活性物质的含量，增强了其活性，也变相增加了锂离子电池的火灾风险；电池能量密度的提高，也增加了锂离子电池释放能量的潜力。
锂离子电池为何会起火？
锂离子电池起火的主要原因是热失控，当发生热失控时，电池温度可迅速升至400至1000摄氏度，从而引发火灾、爆炸等事故。可分为机械滥用、电气滥用、固有缺陷和高温环境。
机械滥用包括碰撞、挤压和穿刺。锂离子电池在使用、储存和运输过程中，由于挤压、碰撞、穿刺等外力作用，电池电芯或电池组可能产生变形，导致电池隔膜损坏进而内部短路最终引起起火。在机械滥用中，穿刺伤害最为严重，即锋利的导体刺穿电池本体，导致正负极直接短路。穿刺导致电池在穿刺点短路，产生大量热量形成局部热区，当热区温度超过临界点，就会发生热失控，导致冒烟、起火甚至爆炸。碰撞、挤压和穿刺类似，都会造成局部内部短路，都有可能引发热失控。没错，碰撞和挤压只是有概率引发内部短路，相比之下，穿刺过程中产生的热量更剧烈，发生热失控的概率更高。
电滥用主要包括过充、过放、短路等类型，主要由于电池使用不当造成。电池过充时，正极电压逐渐升高，脱锂过程变得困难，导致电池内阻急剧上升，电池由于一系列放热反应温度升高到一定程度，就会发生热失控。电池充电时，锂离子在负极表面沉积形成锂枝晶，锂枝晶很容易刺破隔膜，造成正负极短路；电池过放电时，电池电压下降，可能造成负极铜箔熔化，加速电池失效。短路包括外部短路和内部短路，外部短路是指锂离子电池正负极之间无负载直接导通，发生外部短路时，电池产生的热量无法有效散发。随着热量的散失，电池温度会上升，高温会引发热失控。
主要缺陷包括毛刺、杂质、工艺缺陷、不一致性等。电池在制造过程中，电池极柱周围有金属毛刺或者极柱内混入金属颗粒，在一定条件下，毛刺或金属颗粒会刺破隔离膜。电池模组或电池组在生产和使用过程中要求锂离子单体保持良好的一致性，当存在生产工艺缺陷或电池管理系统缺陷时，就会造成锂离子单体的不一致性，从而可能在电池模组或电池组使用过程中造成电池单体的过充电、单体间的自放电，加速电池单体的老化，降低电池性能，最终导致热失控。
高温环境包括热冲击、散热不良等类型。当电池受到外界热量影响或电池内部发热、电池冷却系统失效时，都会形成高温环境。高温环境会加速锂离子电池的老化，电池性能衰减，导致使用过程中性能下降。电池发热量增大，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，形成内部短路，进而引发热失控。为解决锂离子电池的热失控问题，锂离子电池是锂离子电池中不可或缺的组成部分。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高热稳定性的正极，可以减少或消除针状金属晶体的形成。及负极材料，开发耐高温和机械力的新型隔膜，开发阻燃电解质，开发发热量低的固态电池等。加强外部防护，主要优化电池制造工艺，严控电池出厂前检验；设置电池监测及保护装置，不断提升电池管理系统管理水平；设置电池冷却系统，增强其散热能力等。
如何选择锂离子电池？
对于消费者来说，为避免锂离子电池安全事故的发生，应做到以下几点：
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，并使用与电池电压、电流相匹配的充电器；
二、对锂离子电池及相关产品进行充电时，应按照说明书正确充电，避免充电时间过长；
三、在储存、移动和使用锂离子电池及相关产品时，尽量避免对电池施加撞击、挤压等强烈的外力；
四、应避免在高温环境下储存和使用锂离子电池及相关产品；
五、请勿随意拆卸、解剖电池；
六、不要私自改造电动自行车的电气线路或私自更换大容量的蓄电池，这样容易造成电线过载、短路等。
如何扑灭锂离子电池火灾？
对于锂离子电池火灾的扑救，储能站中较多使用的灭火剂有七氟丙烷、全氟己酮、细水雾等，车载灭火装置中较多使用的灭火剂有干粉和气溶胶。干粉和气溶胶在锂离子电池火灾初期有效，除水以外没有其他物质可以阻止锂离子电池的复燃。锂离子电池灭火需水量大，灭火时间长，会造成水污染，一般用于火灾无法扑灭时的最后处置阶段。
遇到锂离子电池起火时，首先穿戴个人防护装备和呼吸防护设备，然后开始灭火。
对于纯电动汽车火灾，请注意除救治或救援受困人员时近距离作业外，灭火处置应保持5米距离。灭火时先切断电源，再逆风方向灭火，避免吸入有毒烟雾。灭火救援过程中严禁切割、撬动车辆结构及电器元件，避免触电及电池热失控。控制火势，持续冷却电池组，降低爆炸风险。实时监测电池温度，防止热扩散复燃。在电池电量未完全放完前，应将车辆残骸置于露天，与周边保持合理的安全距离，对车辆残骸进行24小时监控，安排专业人员处理。
对于储能站等锂离子电池存储设施发生火灾，应首先评估火灾情况，在火灾初期、未发生爆炸时，严禁直接向电池组喷水，主要以周边降温、外部控制为主。根据情况进行灭火，当锂离子电池已发生大面积起火或爆炸时，应使用大量水进行冷却、灭火，防止事故扩大。在处置过程中，应与锂离子电池保持安全距离，并做好防触电保护，不要盲目开启或拆卸着火的密闭容器。锂离子电池储藏室均有防爆炸或轰燃设计，可进行必要的现场检查、排烟、抑爆作业，并使用无人机等设备灭火，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开发，电池管理系统管理水平的提升，精准、高效、适用、安全的锂离子电池火灾防控技术与装备的开发应用将是未来锂离子电池安全的发展趋势。（张毅、王利芬、袁波，作者单位：应急管理部四川消防研究所）