航空運輸鋰電池的危害與措施

鳳四海，李棗（中國民航飛行學院,四川廣漢,618307）

航空運輸鋰電池的危害與措施

鳳四海，李棗
（中國民航飛行學院,四川廣漢,618307）

本文通過梳理鋰電池的危害、航空運輸鋰電池的有關規定表明鋰電池運輸的高風險，再通過搜集國外研究出的一些防止鋰電池起火的新措施，希望能對后續鋰電池運輸防火措施的研究提供一些思路。

航空運輸；鋰電池；危險；滅火

0 引言

在現代社會中，我們可使用的電子產品越來越多，鋰電池幾乎無處不在。鋰電池是指一種電池，它的陰極或電解液包含鋰金屬或鋰離子。其中鋰金屬電池性能最好，鋰離子電池次之，鋰聚合物電池排最后。

1.鋰電池的危害

雖然作為能源來說鋰電池有很多優點，但它也同樣具有很高的危險性。以下原因可能造成鋰電池發生火災或爆炸。(1)電池（電化學或化學）設計本身存在問題；(2)電池制造存在缺陷；(3)電池過度使用；(4)電池包裝設計使用存在問題；(5)電子產品保護功能設計或制造存在缺陷；(6)充電器設計制造存在缺陷導致電池過度充電。

FAA收錄的自1991-2013年間135起鋰電池航空運輸事故中，除了10起事故（2起融化、2起泄漏、5起發熱但未著火，1起電池凸起）沒有冒煙起火以外，其余均有不同程度的著火，如陰燃、冒火星、冒煙起火、灼燒等。而且航空器上所配備的哈龍1301滅火劑對撲滅鋰電池火災根本不起作用，所以航空運輸鋰電池的風險更為突出。

2.鋰電池安全運輸新措施的研究

鋰電池在發生燃燒爆炸之前都會經歷熱失效階段，如果想要阻止鋰電池發生火災，就必須在其熱失效階段就使用滅火劑冷卻它使其溫度降低。

FAA火災研究小組對各種滅火劑冷卻鋰電池熱失效的有效性做了評估實驗。參與評估實驗的滅火劑有：在常溫常壓下呈液態的水、Novec 1230、AF-21、AF-31和A-B-D滅火劑以及在常溫常壓下呈非液態的滅火劑，包括哈龍1211、HalotronⅠ、FE-36、FM-200 CO2和Purple-K。

實驗結果表明，液體滅火劑冷卻效果很好，作用在鋰離子電池上能立即降低電池溫度；相反地，非液體滅火劑基本沒有冷卻作用，電池溫度一直在升高。但是，除了HalotronⅠ、FE-36、Purple-K以外，其余非液體滅火劑也能阻止鋰金屬電池的熱失效傳播，原因可能是因為鋰金屬電池具有更小的質量。

在航空運輸過程中，電池的熱失效過程很難被探測器發現，通常都是在電池開始燃燒后才會觸發報警器。但是電池一旦燃燒，情況就很難被控制了。聯邦物流公司針對鋰電池運輸時的包裝問題進行了一系列研究。他們開發了一套名為“聯邦公司滅火系統（Fedex’s Fire Suppression System，FFS）”的設備，并與貨艙泡沫滅火劑和控火封皮（Fire Containment Cover，FCC）一同用來作為航空運輸大量鋰電池的保護措施，并針對這三個系統進行了全尺寸火災實驗。實驗結果表明，雖然FSS與FCC可以有效阻止火災蔓延，但一旦發生火災，還是會造成或大或小的財產損失。

既然大尺寸包裝的效果不佳，就從單個鋰電池的包裝入手。傳統的電池包裝是將鋰電池單獨隔開擺放，但隔板很難防止鋰電池的熱失效傳播，因為鋰電池一旦發生熱失效將會產生高溫和排放煙氣，將隔板損壞然后傳播到相鄰電池。研究人員將紙質隔板用其他材料代替，用來阻止電池的熱失效傳播，但效果甚微，而且包裝的重量大大增加。于是研究人員轉而研究能讓電池冷卻的物質。FAA試圖用氮氣來冷卻發生熱失效的電池，但效果并不理想。FedEx公司的研究人員決定采用液體冷卻劑。在測試了不同液體的組分、粘度和釋放速率以后，研究人員最終選定了一種由液體和膠體混合的物質作為鋰電池的冷卻劑。將這種冷卻劑裝在塑料袋中然后放于包裝內部電池上方，當有電池發生熱失效時，升高的溫度會使塑料袋破裂，冷卻劑流出降低電池溫度，從而達到降低熱失效傳播的效果，大大降低了鋰電池的起火危險。將這種包裝裝上CR123鋰金屬電池、18650鋰離子電池和“D”尺寸鋰金屬電池分別做防止電池熱失效傳播試驗，結果顯示該包裝能有效阻止這幾類電池發生熱失效傳播。研究人員進一步在不同情境下（包括平放、倒放、振動和墜落）重復做該實驗，效果都十分理想。

但是，因為冷卻劑是非常容易滲透進硬紙殼外包裝的，所以需要在硬紙殼和電池之間加一層涂層托盤，用來防止冷卻劑滲透到硬紙殼外包裝。并且在電池和凝膠包之間放置了一個緩沖袋，如果沒有這個緩沖袋，當溫度升高時冷卻劑會在袋子破裂之前就沸騰，這樣只能冷卻貼近它的電池，而箱子底部的電池還是會繼續發生熱失效傳播。于是研究人員改進了凝膠包包裝，讓它同時兼備緩沖袋和凝膠包兩種功能，替代之前的包裝。

3 結束語

雖然目前航空運輸鋰電池的危害性還是非常大，各個國家對鋰電池的航空運輸把控也十分嚴格。但通過本文的描述還是能看見一些新型的防止鋰電池起火的技術在不斷被研發和實驗。相信有朝一日能找到一種最安全的方法來運輸鋰電池，讓航空運輸鋰電池的風險大大降低。

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Harmfulness and Measures of the Lithium Batteries in Air ransportation

Feng Sihai,LI Zao
（Civil Aviation Flight University of China,Guanghan Sichuan,618307）

This paper indicates the high risk of transporting lithium batteries through the hazards of lithium batteries and relevant provisions of lithium batteries in air transportation, and then through the collection of foreign research to new lithium battery firefighting measures, hoping to provide some ideas about fire prevention measure to lithium batteries transportation

Air transportation;Lithium batteries;Hazards;Firefighting