水取代D類金屬滅火器滅鋰離子電池火災(zāi)

文·圖/陳朝陽(yáng)

東莞新能源科技有限公司EHS專家在2006年創(chuàng)新研究用水滅鋰離子電池火災(zāi)，其滅火降溫速度是其他滅火劑的10倍以上，糾正了鋰離子電池起火是鋰金屬火災(zāi)的誤區(qū)。在十多年良好實(shí)踐后，用水取代D類金屬滅火器水滅鋰離子電池火災(zāi)寫(xiě)入了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并獲得了2018年廣東省安全生產(chǎn)高峰論壇“安全創(chuàng)造價(jià)值”一等獎(jiǎng)。

東莞新能源科技有限公司所在集團(tuán)是生產(chǎn)消費(fèi)電子（手機(jī)、筆記本、無(wú)人機(jī)）用軟包裝鋰離子電池的高科技公司。公司擁有全國(guó)知名EHS專家，歷經(jīng)10余年時(shí)間，不斷研究并將水滅鋰離子電池火災(zāi)方法應(yīng)用于工廠實(shí)踐，效果極好，已經(jīng)寫(xiě)入了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CIAPS0002—2017《鋰離子電池企業(yè)安全生產(chǎn)規(guī)范》，于2018年1月1日起正式實(shí)施。下一步，也將納入正在編寫(xiě)的應(yīng)急管理部相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)、工信部SJ/T標(biāo)準(zhǔn)。

水滅鋰離子電池火災(zāi)的創(chuàng)新價(jià)值

依據(jù)GB/T4968—2008 《火災(zāi)分類》（2008年11月4日發(fā)布 、2009年4月1日實(shí)施）火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)根據(jù)可燃物的類型和燃燒特性，分為A、B、C、D、E、F六大類。撲救D類火災(zāi)可選擇粉狀石墨滅火器、專用干粉滅火器，也可用干砂或鑄鐵屑末代替。

過(guò)去教科書(shū)里和行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，鋰離子電池火災(zāi)屬于鋰金屬火災(zāi)，只能用D類金屬滅火器滅火。D類滅火器價(jià)格在每個(gè)1 000元左右，且滅火效果差，鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)需要為此投入巨大的成本。

2006-2008年，公司EHS專家研究用水滅鋰離子電池火災(zāi)的創(chuàng)新方法，研究了滅火機(jī)理，確定了水是滅鋰離子電池火災(zāi)降溫速度最快的滅火劑。

公司EHS專家運(yùn)用材料學(xué)研究方法，研究了水進(jìn)入電池內(nèi)部的惰化反應(yīng)；使用水體電阻模型，測(cè)算水帶來(lái)的漏電流；使用電化學(xué)方法，計(jì)算測(cè)試電解氫氣是否在安全范圍；使用水電學(xué)方法，研究測(cè)試電動(dòng)汽車泡水的直流高壓電在水中的跨步電壓不傷人等系列結(jié)論。

公司EHS專家用火災(zāi)科學(xué)方法（如火災(zāi)三角模型、火災(zāi)發(fā)展各階段判斷等）在工廠內(nèi)實(shí)踐了多種用水滅火方式，包括夾電池到水桶泡水、噴霧器或洗車器定點(diǎn)射水、消防栓水槍或消防盤(pán)管定點(diǎn)射水等有效方法，構(gòu)成了“消防風(fēng)水法”（形容用水滅鋰離子火災(zāi)和排煙的方法）的一部分（見(jiàn)圖1）。

圖1 “消防風(fēng)水法”的多種用水滅火器材圖示

用水取代D類滅火器后，僅本集團(tuán)就節(jié)約了1 200萬(wàn)元。該研究獲得2018年廣東省安全生產(chǎn)高峰論壇“安全創(chuàng)造價(jià)值”一等獎(jiǎng)，并將水滅鋰離子電池火災(zāi)寫(xiě)入了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CIAPS0002—2017《鋰離子電池企業(yè)安全生產(chǎn)規(guī)范》，造福行業(yè)。

水滅火降溫速度最快

實(shí)驗(yàn)解剖了鋰離子電池結(jié)構(gòu)，猜測(cè)鋰電池火災(zāi)為固體火災(zāi)特征。測(cè)試分別使用水、水霧、沙土（此處用沙土代替了滅火原理類似的D類滅火器的滅火劑，效果類似，且減少了噴射擴(kuò)散的缺點(diǎn)）、滅火毯、手提滅火器（二氧化碳和干粉）滅點(diǎn)燃的鋰離子電池火災(zāi)，用熱像儀測(cè)試溫度，放置13 kV的高壓點(diǎn)火器，測(cè)試釋放滅火劑行業(yè)燃?xì)馐欠窨扇肌６啻沃貜?fù)測(cè)試顯示，水的降溫速度最快，是其他滅火劑的10倍以上；滅火劑釋放的燃?xì)鉂舛仍诓蝗汲潭龋ㄒ?jiàn)圖2）。

圖2 水滅鋰離子電池火災(zāi)的降溫速度測(cè)試試驗(yàn)

2016到2017年，媒體報(bào)道了2家大型電池廠由于不了解水可以滅鋰離子電池火災(zāi)，起火后只能等燒完為止，遭受了很大損失。直到2017年10月，這2家電池廠通過(guò)與制定標(biāo)準(zhǔn)的專家交流，也學(xué)會(huì)了用水滅火，提升了滅火速度，增強(qiáng)了應(yīng)急能力。

水進(jìn)入鋰離子電池內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理

公司EHS專家研究了水進(jìn)入破損的鋰離子電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，從微觀的材料學(xué)角度分析了水進(jìn)入電池內(nèi)部的惰化機(jī)理。

刺破大容量的動(dòng)力電池的安全閥，將不同量的水加入電池內(nèi)部反應(yīng)測(cè)試。灌水的電池的循環(huán)性能在加入少量水時(shí)不變化，加大量水馬上報(bào)廢；解剖分析內(nèi)部極片的材料變化，從顯微鏡看到其發(fā)生了惰化反應(yīng)，活潑易燃物質(zhì)LiCx轉(zhuǎn)化為惰性陶瓷碳酸鋰，從而減少了能量，反應(yīng)局部發(fā)熱促進(jìn)隔離膜閉合加大了內(nèi)阻，提升了產(chǎn)品安全性；用產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，滴水的電池比正常電池更加安全（見(jiàn)圖3）。

圖3 水進(jìn)入鋰離子電池內(nèi)部的惰化反應(yīng)（LiCx轉(zhuǎn)變?yōu)槎栊蕴妓徜嚕?/p>

在這項(xiàng)研究過(guò)程中，恰逢公司遇到一個(gè)新的動(dòng)力電池樣品測(cè)試，其安全閥設(shè)計(jì)存在缺陷——遇潮氣會(huì)腐蝕穿孔進(jìn)水，項(xiàng)目遇到了難題：在3個(gè)月的測(cè)試期內(nèi)，電池有無(wú)起火風(fēng)險(xiǎn)、是否需要停止項(xiàng)目更換產(chǎn)品？公司EHS專家經(jīng)過(guò)上面的專業(yè)研究，確定無(wú)起火風(fēng)險(xiǎn)，可以繼續(xù)測(cè)試，最終，價(jià)值1 800萬(wàn)元的動(dòng)力電池安全測(cè)試完畢。

增加防護(hù)杜絕短路起火風(fēng)險(xiǎn)

2009年，公司EHS專家研究了導(dǎo)電液體（泄漏的電解液、海水、化雪鹽水、泥漿水、自來(lái)水、清澈地表水）的電導(dǎo)率、水體電阻模型、計(jì)算和測(cè)試了漏電流大小、電解金屬膜短路時(shí)間等。最終確定了需要對(duì)電路板裸露的帶電部分噴涂三防漆、膠帶等防護(hù)，以杜絕高電導(dǎo)率液體接觸帶電電池或電路板發(fā)生電解金屬膜短路風(fēng)險(xiǎn)。

與此形成對(duì)比的是3年后，2012年桑迪臺(tái)風(fēng)掀起的海水浸泡了美國(guó)波士頓港口的Karmar電動(dòng)汽車，退潮后殘留的海水在12 V的電路板上電解形成金屬膜短路起火，造成15輛Karmar電動(dòng)汽車和1輛普銳斯電動(dòng)汽車燒毀，損失超過(guò)1 000萬(wàn)元人民幣。如果該電動(dòng)汽車的生產(chǎn)企業(yè)知道了這個(gè)專業(yè)知識(shí)，就能避免這些損失。

電動(dòng)汽車電池泡水跨步電壓不觸電

公司EHS專家用水電學(xué)方法研究了電動(dòng)汽車的電箱掉入水中后，人員兩條腿間距0.8 m的跨步電壓的安全性問(wèn)題。研究人員在地面建造5 m長(zhǎng)、2 m寬的水池，劃分0.2 m的方格為坐標(biāo)系，研究用50～392 V直流電作用下跨步電壓的值的等高線區(qū)域。測(cè)試發(fā)現(xiàn)跨步電壓在安全范圍。用水體電阻模型、水和岸邊的電容電壓跟隨模型，推算了跨步電壓在安全范圍，并用動(dòng)物試驗(yàn)（雞、青蛙）驗(yàn)證了該結(jié)論正確。該結(jié)論擴(kuò)大了使用電動(dòng)汽車的便利性。

（本文作者系東莞新能源科技有限公司EHS副總經(jīng)理，國(guó)家機(jī)械安全防爆小組專家，工信部、應(yīng)急管理部鋰離子電池安全生產(chǎn)專家。曾獲得19項(xiàng)專利，參與編寫(xiě)了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IPC-1401 CN《供應(yīng)鏈社會(huì)責(zé)任管理體系指南》和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CIAPS0002—2017《鋰離子電池企業(yè)安全生產(chǎn)規(guī)范》，正在編寫(xiě)鋰離子電池安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)AQ標(biāo)準(zhǔn)和工信部SJ/T標(biāo)準(zhǔn)。）