鉅大LARGE | 點擊量：2658次 | 2022年03月21日
動力鋰電池起火后該如何滅火
最近特斯拉和蔚來汽車的各兩次自燃事故進一步加重了人們對電動汽車和動力電池安全性的顧慮。作為電池安全相關(guān)從業(yè)人員，個人反倒認為消費者有顧慮是件好事，因為無論是電動車還是動力電池，從技術(shù)層面確實還有很多有待完善和提高的地方，可以倒逼車企和電池企業(yè)努力把技術(shù)做好。
動力電池起火后該如何滅火是個非常有意思的話題。自燃事故后蔚來汽車提醒消費者:"如果發(fā)現(xiàn)電池冒煙著火，請在確保人員安全后報火警119，并且以大量的水對起火燒穿破損位置進行噴淋。由于電池是無氧燃燒，只有通過大量的水降溫才可以阻燃，一般的干粉或泡沫滅火器無法阻止電池燃燒"。筆者所在的動力電池企業(yè)和所接觸到的測試機構(gòu)一般都會準(zhǔn)備沙子或者干粉滅火劑，在動力電池單體起火條件下直接用二者進行滅火；對于已經(jīng)做完了安全測試但沒有發(fā)生熱失控的電池，直接進行泡水處理；對于模組或者電池包，在疑似會發(fā)生熱失控條件下最常用、最好用的辦法就是直接泡水。企業(yè)用以上方式對電池進行滅火，學(xué)術(shù)界又是怎么理解的呢？
中科大火災(zāi)科學(xué)實驗室的孫金華/王青松團隊在鋰離子電池火災(zāi)領(lǐng)域浸淫多年，蜚聲海內(nèi)外。去年11月，王青松團隊在《儲能科學(xué)與技術(shù)》電池安全性專刊發(fā)表題為"多種滅火劑撲救大容量鋰離子電池火災(zāi)的實驗研究"的研究論文，系統(tǒng)對比了多種滅火劑對38AhNCM333體系動力電池著火撲滅的效果。結(jié)果顯示雖然ABC干粉、七氟丙烷(HFC)、水、全氟己酮和CO2滅火劑都能快速滅火，但使用CO2滅火劑電池可能會發(fā)生復(fù)燃的現(xiàn)象。更重要的是以上滅火劑中水對電池降溫的效果最為明顯。
實驗使用的電池容量38Ah，NCM333體系的方形電池。通過功率為300W的大功率加熱管將電池加熱至熱失控。由于考慮的是動力電池在電池儲能柜中起火后的滅火情況，作者使用的實驗裝置如圖2所示。電池儲能柜外尺寸為1.3m*1.0m*2.0m，前部設(shè)有兩道防爆門，電池布置好后防爆門可以鎖死以防意外。具體測試時電池、加熱管和火探管上均布置了熱電偶用以監(jiān)測溫度變化。當(dāng)溫度達到一定值，火探管熔化破裂，滅火裝置開始作用。
實驗中作者主要考查了五種滅火劑(HFC-227ea、CO2、ABC干粉、水、全氟己酮)的滅火效果，具體如表2所示。水和CO2的滅火原理大家都比較了解，不細表。ABC干粉滅火劑一般是由滅火基料（如小蘇打、碳酸銨、磷酸的銨鹽等）和適量潤滑劑（硬脂酸鎂、云母粉、滑石粉等）、少量防潮劑（硅膠）混合后共同研磨制成的細小顆粒，用二氧化碳作噴射動力。滅火時靠加壓氣體二氧化碳或氮氣的壓力將干粉從噴嘴射出，形成一股夾著加壓氣體的霧狀粉流，射向燃燒物。干粉中碳酸氫鈉等受高溫作用分解，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)放出大量的二氧化碳和水，水受熱變成水蒸氣并吸收大量的熱量，起到冷卻、稀釋可燃氣體的作用；干粉進入火焰后，由于干粉的吸收和散射作用，減少火焰對燃料的熱輻射，降低液體的蒸發(fā)速率。七氟丙烷(HFC-227ea)和全氟己酮滅火劑都是為取代對大氣層有破壞作用的哈龍滅火劑(鹵代烷類)而開發(fā)的，兼具物理滅火和化學(xué)滅火的作用：物理滅火在于滅火劑噴出時為液態(tài)，受熱氣化會吸收熱量，降低火焰溫度；化學(xué)滅火在于該類物質(zhì)分子中都含有F元素，F(xiàn)元素有一定的捕獲燃燒中活性基H+、OH-的能力，從而阻斷燃燒鏈。由于有無殘留的優(yōu)點，七氟丙烷(HFC-227ea)和全氟己酮滅火劑多用于電子機房、圖書館、檔案館等場所。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
展示了七氟丙烷和CO2滅火劑的整個滅火過程。可以看到加熱管加熱后電池受熱鼓脹，隨后防爆閥打開噴射射流火，同時伴隨著濃煙的釋放。區(qū)別在于七氟丙烷能完全滅火，而CO2滅火作用后電池又出現(xiàn)了復(fù)燃現(xiàn)象。本實驗中滅火劑釋放點距火焰上方高度僅3cm，且滅火劑的作用時間為13s左右，近距離的沖擊窒息作用可以很快將火焰撲滅。筆者做過大量的電池安全性測試，電池?zé)崾Э貢r噴射的火焰溫度高達1000℃以上，電池內(nèi)部通紅可見，電池表面溫度也會高達數(shù)百攝氏度，并且對于三元類動力電池而言鎳含量越高燃燒過程持續(xù)的時間相對越短。如果滅火不是很充分、電池內(nèi)部溫度依然很高，滅火劑作用后電池出現(xiàn)復(fù)燃也是極有可能的，如本實驗中CO2滅火劑作用后所出現(xiàn)的復(fù)燃情況。
除了CO2滅火劑出現(xiàn)了復(fù)燃現(xiàn)象外，其他四種滅火劑均未出現(xiàn)復(fù)燃，且火焰撲滅時間均小于2s。從響應(yīng)時間上看，七氟丙烷和CO2滅火劑的響應(yīng)時間僅用1s，ABC干粉滅火劑響應(yīng)時間最長需要3s。CO2滅火劑作用后電池出現(xiàn)復(fù)燃，復(fù)燃時間長達58s。
滅火劑作用不僅要快速撲滅火焰，還要能迅速降低電池表面溫度防止復(fù)燃現(xiàn)象的發(fā)生。從圖4和表4結(jié)果看，上述五種滅火劑中水的降溫效果最為突出，遠不同于其他四種滅火劑。從降低電池表面溫度效果來看，優(yōu)劣依次為水>全氟己酮>HFC>ABC干粉>CO2。水有著較高的比熱容，氣化過程能吸收大量的熱量，因此滅火效果較好。
小結(jié)：遇到電池單體或電動汽車起火，在沒有其他更好滅火措施條件下，直接大量噴水滅火確實不失為一種較好的滅火方式，但也要避免水給周圍的其他物體帶來影響。
劉昱君,段強領(lǐng),黎可,陳昊東,王青松.多種滅火劑撲救大容量鋰離子電池火災(zāi)的實驗研究.儲能科學(xué)與技術(shù),2018,7(6):1105-1112.
