中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5、火災(zāi)統(tǒng)計(jì)
英國(guó)目前部署的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)數(shù)量仍然有限，還沒(méi)有關(guān)于這些電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)的具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。然而，盡管電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(BESS)的火災(zāi)事故鮮為人知，但人們對(duì)其安全性提出了質(zhì)疑。這種擔(dān)憂是基于電池組中蘊(yùn)含的大量能量。
5.1、大型固定式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和小型便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品
大多數(shù)的鋰離子電池火災(zāi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都與較小的便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品有關(guān)。大型固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)和較小的便攜式電子產(chǎn)品之間的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)在許多方面都不同，因此可能難以將兩種電池產(chǎn)品之間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)。以下是消費(fèi)電子產(chǎn)品中使用的小型電池與住宅儲(chǔ)能系統(tǒng)中使用的大型電池的一些特征比較。
5.1.1、小型電池（消費(fèi)電子產(chǎn)品）
?便攜式電子產(chǎn)品可能會(huì)遭遇機(jī)械損壞以及環(huán)境條件的巨大變化，這可能會(huì)增加電池內(nèi)部故障的風(fēng)險(xiǎn)。
?便攜式設(shè)備的位置無(wú)法控制，可能放在口袋中或床上，周?chē)锌扇疾牧稀?
?電池可以更換，這增加了使用假冒電池的風(fēng)險(xiǎn)。此外，可能會(huì)使用各種充電器而不是產(chǎn)品指定的充電器，這樣發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。
?與更大的電池相比，便攜式電子產(chǎn)品的電池能量和化學(xué)成分更少，從而在發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生更少的熱量和氣體。
?極端的成本敏感性促使制造商考慮使用成本更低的組件。
5.1.2、大型電池（住宅儲(chǔ)能系統(tǒng)）
?這種形式通常需要固定安裝，其位置可以選擇，并且也可能進(jìn)行調(diào)整。
?與較小的電池相比，住宅儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池具有較大的能量和容量，會(huì)在發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生更多的熱量和氣體。
?電池的內(nèi)部短路和溫度升高可能導(dǎo)致火勢(shì)蔓延到整個(gè)電池組。
?對(duì)于固定式電池組，更大的尺寸可以更好地設(shè)計(jì)電池組，從而通過(guò)更大的安裝間距和電池之間的絕緣，以避免電池之間的火勢(shì)蔓延。
??在某些設(shè)計(jì)中，電池模塊可以現(xiàn)場(chǎng)更換。
5.2、倫敦消防隊(duì)報(bào)告的電池相關(guān)火災(zāi)
表3顯示了倫敦消防隊(duì)(LFB在)的數(shù)據(jù)庫(kù)中在過(guò)去十年發(fā)現(xiàn)的由于電池導(dǎo)致的火災(zāi)事件數(shù)量。
一些較小的火災(zāi)事件不太可能被記錄下來(lái)，因此與電池相關(guān)的火災(zāi)數(shù)量可能被低估。預(yù)計(jì)這一數(shù)據(jù)主要與便攜式消費(fèi)產(chǎn)品中的電池有關(guān)（因?yàn)檫@些主要是鋰離子電池）。2011年之前和之后事件數(shù)量的差異被認(rèn)為是報(bào)告變化的結(jié)果。在2011年之后，火災(zāi)事件數(shù)量一直處于相當(dāng)穩(wěn)定的水平，而同期銷(xiāo)售的鋰離子產(chǎn)品數(shù)量顯著增加。
表3：倫敦消防隊(duì)每年報(bào)告的火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中電池被認(rèn)為是火災(zāi)的可能原因
5.3、電子煙
電子煙是眾所周知的消費(fèi)品，近年來(lái)由于鋰離子電池而引發(fā)了多起火災(zāi)，為此已經(jīng)做出了更多的工作來(lái)了解和減輕風(fēng)險(xiǎn)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在美國(guó)銷(xiāo)售的電子煙與事件數(shù)量之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。
在報(bào)告中統(tǒng)計(jì)的電子煙導(dǎo)致的火災(zāi)事件中，10起導(dǎo)致重大火災(zāi)，91起導(dǎo)致輕微火災(zāi)。規(guī)模較小的火災(zāi)不太可能被報(bào)告。因?yàn)榛馂?zāi)事故通常發(fā)生在相關(guān)設(shè)備在口袋中或正在使用時(shí)，因此用戶能夠在火災(zāi)仍然很小的情況下采取行動(dòng)。
5.4、鋰離子電池在航空運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生火災(zāi)
航空運(yùn)輸過(guò)程中的鋰離子電池火災(zāi)是需要報(bào)告的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)列出了1991年3月至2019年2月與航空運(yùn)輸電池相關(guān)的事件，這些事件導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)、煙霧、爆炸等。聯(lián)合國(guó)危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸專(zhuān)家小組委員會(huì)和國(guó)際民航組織危險(xiǎn)貨物小組也有類(lèi)似的清單。在美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)的清單中，機(jī)械濫用和外部短路是航空貨運(yùn)中鋰離子電池起火的常見(jiàn)的兩個(gè)原因。對(duì)于個(gè)人運(yùn)輸?shù)碾姵?，通常認(rèn)為電池內(nèi)部故障是引起火災(zāi)的原因，但包裝不當(dāng)?shù)膫溆秒姵卦谶\(yùn)輸過(guò)程中短路是引發(fā)火災(zāi)的另一個(gè)原因。據(jù)估計(jì)，每年運(yùn)輸?shù)碾姵睾碗姵財(cái)?shù)量約為數(shù)十億塊。
5.5、各國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施的火災(zāi)
5.5.1、英國(guó)
由于英國(guó)安裝的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施迅速增加，媒體報(bào)道了英國(guó)一些太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施發(fā)生火災(zāi)的情況。英國(guó)在2015年啟動(dòng)了一個(gè)項(xiàng)目，在該項(xiàng)目中，英國(guó)建筑研究院的國(guó)家太陽(yáng)能中心(“BRE/NSC”)全球消防安全小組收集了有關(guān)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施發(fā)生火災(zāi)的有關(guān)信息，以將信息提供給行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及消防和救援服務(wù)。根據(jù)這項(xiàng)研究，截至2016年底，英國(guó)約有90萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施。截至2017年1月，在審查中發(fā)現(xiàn)了大約50起與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施相關(guān)的火災(zāi)，其中17起導(dǎo)致嚴(yán)重火災(zāi)。如果火災(zāi)難以撲滅并蔓延到火源區(qū)域之外，則將其列為嚴(yán)重火災(zāi)。其中大約一半在住宅建筑中，而其他建筑在非住宅建筑中，還有一些發(fā)生在太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)。大約50%的火災(zāi)的根本原因是已知的。最常見(jiàn)的根本原因是安裝不良，通常與室外安裝和進(jìn)水有關(guān)。報(bào)告中沒(méi)有說(shuō)明是否在這些裝置中是否使用了鋰離子電池。
5.5.2、澳大利亞
澳大利亞的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施也迅速增加，并在2009年至2015年間經(jīng)歷了400起火災(zāi)?；馂?zāi)的數(shù)量與安裝的系統(tǒng)數(shù)量相關(guān)。大多數(shù)火災(zāi)的原因通常被認(rèn)為是安裝不當(dāng)，目前發(fā)生的火災(zāi)主要是鉛酸電池，但預(yù)計(jì)鋰離子電池將會(huì)增長(zhǎng)。在400多起火災(zāi)中，只有2到3起被認(rèn)為是由電池引起的，盡管目前尚不清楚其中有多大比例涉及電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
5.5.3、美國(guó)
在美國(guó)消防研究基金會(huì)發(fā)布的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)危險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告中，報(bào)告了一起事件涉及亞利桑那州太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施中的鋰離子電池。而美國(guó)目前沒(méi)有其他公開(kāi)報(bào)告的火災(zāi)事件。
5.5.4、德國(guó)
在德國(guó)報(bào)告的開(kāi)放文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)了兩起住宅電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)事件。報(bào)告的事件涉及兩個(gè)與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施配套部署的住宅電池儲(chǔ)能系統(tǒng)起火。在這兩起事件中無(wú)人受傷，但損失分別為12000歐元和25000歐元。其中一個(gè)使用袋式電池的電池，故障原因被列為技術(shù)缺陷（發(fā)生爆炸），但另一個(gè)電池火災(zāi)并沒(méi)有列出故障原因。
5.6、總結(jié)
從所審查的火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可以看出，涉及鋰離子電池的不同產(chǎn)品發(fā)生火災(zāi)的根本原因差異很大。對(duì)于已經(jīng)確定根本原因的事件，它通常與鋰離子電池暴露在超出規(guī)范的條件下的某種類(lèi)型的濫用有關(guān)。電池內(nèi)部故障也被認(rèn)為是航空運(yùn)輸電池發(fā)生的許多事故的根本原因。鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在預(yù)期使用和合理誤用下的安全操作的要求和測(cè)試。機(jī)械和電氣濫用可以在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行模擬，并成為標(biāo)準(zhǔn)的一部分。然而，模擬電池內(nèi)部故障更加困難。相反，這些必須通過(guò)電池制造過(guò)程的質(zhì)量控制要求來(lái)控制。由于很難進(jìn)行完全控制，因此可以假設(shè)可能會(huì)發(fā)生電池內(nèi)部故障，并且應(yīng)該在系統(tǒng)級(jí)別上處理和最小化故障的后果。
6、鋰離子電池特有的故障特征
住宅電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的危害可以歸納為以下幾類(lèi)：火災(zāi)和爆炸危害、化學(xué)危害、電氣危害、存儲(chǔ)的能量，以及物理危害。
圖2 住宅電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的潛在危害
在住宅電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，鋰離子電池本身是主要的關(guān)鍵部件，也是造成這些危害的原因。鋰離子電池必須保持在制造商關(guān)于電流、溫度和電壓的操作窗口標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。在這個(gè)操作窗口之外會(huì)發(fā)生不必要的反應(yīng)，這些反應(yīng)可能會(huì)直接或在繼續(xù)操作后導(dǎo)致不安全的情況，例如釋放氣體、發(fā)生火災(zāi)等。而在高溫環(huán)境下，電極和電解質(zhì)的分解會(huì)導(dǎo)致升級(jí)的行為稱(chēng)為熱失控。
熱失控是由導(dǎo)致溫度升高的故障事件引發(fā)的，無(wú)論是在單塊電池還是電池組。在熱失控中，電池的陽(yáng)極、電解質(zhì)和陰極材料開(kāi)始分解，電池內(nèi)的放熱反應(yīng)釋放額外的熱量。一旦熱失控開(kāi)始，電池溫度和壓力就會(huì)迅速升高。溫度和壓力的指數(shù)增加可能導(dǎo)致易燃電解質(zhì)的排放，并可能導(dǎo)致起火或電池破裂，在此期間電解質(zhì)可能會(huì)噴出。根據(jù)電池的設(shè)計(jì)，熱失控事件可能會(huì)級(jí)聯(lián)到電池組中的相鄰電池，導(dǎo)致電池儲(chǔ)能系統(tǒng)起火或爆炸。
圖3顯示了電池內(nèi)熱失控的性質(zhì)以及擴(kuò)散到整個(gè)電池組中的情況。
圖3鋰離子電池中導(dǎo)致電池儲(chǔ)能系統(tǒng)起火或爆炸的熱失控事件
所有鋰電池產(chǎn)品都容易發(fā)生災(zāi)難性故障，需要采取積極的安全預(yù)防措施。除了釋放能量（發(fā)熱、起火、爆炸）之外，鋰離子電池在破裂時(shí)還會(huì)釋放有害物質(zhì)。鋰離子電池排出的氣體和電解質(zhì)溶劑是易燃的，有些是有毒的，有些會(huì)立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如電解液中的六氟磷酸鋰(LiPF6)與水反應(yīng)形成氫氟酸(HF)，氫氟酸是一種腐蝕性極強(qiáng)的酸，會(huì)導(dǎo)致人體組織損傷和呼吸困難，此外還會(huì)形成碳?xì)浠衔?、一氧化碳和二氧化碳。電池發(fā)生故障時(shí)的溫度和荷電狀態(tài)（SOC）是影響氣體成分的一些參數(shù)。
盡管人們非常關(guān)注火災(zāi)和爆炸等故障的破壞后果，但鋰離子電池故障期間還有其他幾種潛在后果，如變形、破裂、泄漏、加熱、通風(fēng)、吸煙、火災(zāi)（起火）、爆炸等。這些結(jié)果也可能構(gòu)成危險(xiǎn)，隨著時(shí)間的推移，尤其是大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致更大的危險(xiǎn)?！恫捎秒妱?dòng)道路車(chē)輛二次鋰離子電池第2部分：可靠性和濫用試驗(yàn)》IEC 62660-2標(biāo)準(zhǔn)中列出了對(duì)電池濫用試驗(yàn)不同結(jié)果的定義，如表4所示。其潛在的結(jié)果是相互關(guān)聯(lián)的，在故障期間可能會(huì)出現(xiàn)幾種結(jié)果。
在強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)化安全測(cè)試中，測(cè)試樣品一般要暴露在各種正常和異常的濫用條件下，要求不著火、不爆炸才能通過(guò)。隨著大型鋰離子電池的引入，人們對(duì)理解電池火災(zāi)的影響越來(lái)越感興趣，并對(duì)電動(dòng)汽車(chē)、固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)等應(yīng)用的火災(zāi)進(jìn)行了大量研究。
表4 IEC62660-2標(biāo)準(zhǔn)中的電池危害描述
6.1、釋放熱量
鋰離子電池起火的特點(diǎn)是獨(dú)特的，這取決于儲(chǔ)能系統(tǒng)的類(lèi)型和性質(zhì)。以下將討論電池起火的復(fù)雜性。
已在各種條件下的多個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中測(cè)量了燃燒總能量。歐洲先進(jìn)可充電和鋰電池協(xié)會(huì)(RECHARGE)從已發(fā)布的火災(zāi)測(cè)試中收集數(shù)據(jù)，并從不同角度分析數(shù)據(jù)。鋰離子電池在完全燃燒過(guò)程中釋放的總熱量從30kJ/Wh到50kJ/Wh不等，該協(xié)會(huì)表示，這大約是塑料或紙張等有機(jī)材料的5至10倍。
美國(guó)消防研究基金會(huì)已經(jīng)啟動(dòng)了幾項(xiàng)研究，以了解鋰離子電池在儲(chǔ)存過(guò)程中的火災(zāi)危險(xiǎn)。研究電池或電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在其典型的包裝內(nèi)（即紙板箱和塑料箱）的火災(zāi)測(cè)試。他們發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行點(diǎn)火的火災(zāi)測(cè)試中，緊集包裝的鋰離子電池（采用更少的塑料）在發(fā)生火災(zāi)時(shí)表現(xiàn)出一些延遲。而采用大量松散包裝塑料的包裝（采用更多塑料）則表現(xiàn)出能量釋放的迅速增加。
燃油汽車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)的火災(zāi)測(cè)試比較表明，產(chǎn)兩種類(lèi)型車(chē)輛的熱釋放率（HRR）相似，并且電池親不構(gòu)成熱釋放率（HRR）的重要部分。但是，與燃油汽車(chē)起火相比，電動(dòng)汽車(chē)起火仍然需要更多的水才能撲滅。
在歐洲先進(jìn)可充電和鋰電池協(xié)會(huì)(RECHARGE)所做的研究中，10Wh的電池/電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的熱釋放率（HRR）從10kW/kg到1,000kW/kg不等，這表明其速率變化很大。
對(duì)于較大的電池組，電池組的設(shè)計(jì)可以減輕和延遲從一個(gè)部件或電池向另外的部件或電池的火勢(shì)蔓延。如果電池的設(shè)計(jì)沒(méi)有級(jí)聯(lián)保護(hù)，就算火勢(shì)已被撲滅，但潛伏的余熱會(huì)慢慢產(chǎn)生延遲的級(jí)聯(lián)火災(zāi)，其中傳遞的熱量會(huì)重新引發(fā)火災(zāi)。這在DNV-GL公司為紐約州能源研究與發(fā)展管理局(NYSERDA)和愛(ài)迪生聯(lián)合電氣公司發(fā)布的一份“電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全的考慮”研究中報(bào)告觀察到這一點(diǎn)。DNV-GL在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中復(fù)制了這種效應(yīng)，他們?cè)趽錅珉姵亟M火災(zāi)時(shí)測(cè)量電池組內(nèi)部的溫度比電池組外部高出300℃。為了更加有效，滅火劑必須噴灑到電池本身，如果電池外殼設(shè)計(jì)是封閉的，這可能會(huì)很困難。
在Exponent公司對(duì)筆記本電腦電池進(jìn)行的測(cè)試中，也觀察到了電池火災(zāi)之后重燃的影響，在發(fā)生火災(zāi)的火焰熄滅約20分鐘后，由于電池發(fā)生熱失控，被撲滅的火勢(shì)重新點(diǎn)燃。
Exponent公司為美國(guó)消防研究基金會(huì)進(jìn)行100kWh鋰離子電池組電池柜的防火測(cè)試， 顯示了通過(guò)良好設(shè)計(jì)提高安全性的潛力。其結(jié)果表明，當(dāng)內(nèi)部引發(fā)熱失控時(shí)，不會(huì)發(fā)生蔓延，火災(zāi)僅限于起火的那塊電池，如果使用推薦的安裝安全距離，火災(zāi)蔓延的風(fēng)險(xiǎn)最小。
歐洲先進(jìn)可充電和鋰電池協(xié)會(huì)(RECHARGE)在總結(jié)中也記錄了火災(zāi)在較大電池組中的蔓延行為。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于較大的電池，電池的最大熱釋放率（HRR）正在降低，因?yàn)椴⒎撬须姵囟纪瑫r(shí)發(fā)生反應(yīng)。
熱釋放率（HRR）還取決于電池的荷電狀態(tài)（SOC），荷電狀態(tài)（SOC）越高，熱釋放率（HRR）越高。不同的電池單元和化學(xué)物質(zhì)也顯示出熱釋放率（HRR）的巨大差異。在DNV-GL公司的研究中，發(fā)現(xiàn)與其他化學(xué)物質(zhì)相比，含有磷酸鐵鋰和鈦酸鹽的電池具有更低的熱釋放率（HRR）和更低的可燃性（具有較低的功率密度），但在電池組起火的情況下，它沒(méi)有產(chǎn)生顯著影響。
還有許多參數(shù)會(huì)影響電池起火過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。電池組外殼和內(nèi)部組的設(shè)計(jì)對(duì)于減少火焰蔓延尤為重要。
6.2、壓力累積
熱失控的特征包括由于電池內(nèi)部氣體的生成和膨脹而導(dǎo)致溫度和壓力的快速升高。壓力可能會(huì)在電池內(nèi)部積聚，但也會(huì)在電池架外殼內(nèi)積聚。例如，棱柱形和圓柱形電池配備安全排氣口，可以控制排氣泄壓的壓力，防止過(guò)早和不必要的排氣。在揮發(fā)性氣體點(diǎn)燃的情況下，這將導(dǎo)致體積顯著膨脹。如果這種情況發(fā)生在電池內(nèi)部，則可能由于設(shè)計(jì)不良或?qū)е码姵赝鈿けü收?。另一種可能的情況是電池排氣，然后在電池內(nèi)積累揮發(fā)性氣體，這些氣體在稍后階段被點(diǎn)燃。這會(huì)導(dǎo)致電池快速膨脹和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。因此，電池外殼需要設(shè)計(jì)有通風(fēng)口或類(lèi)似裝置，以允許通風(fēng)并降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)。
DNV-GL公司檢測(cè)了大量不同電池的燃燒行為，其中包括棱柱形和袋形電池，其容量范圍從1.2到200Ah。他們?cè)跍y(cè)試過(guò)程中沒(méi)有觀察到任何一塊電池直接發(fā)生爆炸，但確實(shí)觀察到了燃燒或閃絡(luò)的。這些事件的由于氣體體積、釋放持續(xù)時(shí)間、點(diǎn)火速率等而有一些顯著差異。此外，還觀察了在極端加熱條件下發(fā)生災(zāi)難性爆裂的軟包電池。其研究強(qiáng)調(diào)了電池能夠以受控方式排放和釋放壓力的重要性。
在熱釋放率（HRR）的研究中，一份名為“涉及電動(dòng)汽車(chē)電池危害的事件的應(yīng)急響應(yīng)最佳實(shí)踐：全面測(cè)試結(jié)果報(bào)告”對(duì)大型電動(dòng)汽車(chē)電池組進(jìn)行了全面放熱率(HRR)和滅火測(cè)試。重點(diǎn)是協(xié)助應(yīng)急響應(yīng)人員解決有關(guān)個(gè)人防護(hù)設(shè)備(PPE)的問(wèn)題；消防滅火技術(shù)術(shù)；以及大修和火災(zāi)后清理的最佳實(shí)踐。在進(jìn)行的任何一個(gè)測(cè)試中，都沒(méi)有從電池組中觀察到爆炸；在另一項(xiàng)研究中，對(duì)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的大型電池架進(jìn)行的任何全面測(cè)試均未觀察到出現(xiàn)任何爆炸的情況。
眾所周知，在任何濫用或其他潛在故障源的情況下，較高的荷電狀態(tài)（SOC）會(huì)增加發(fā)生劇熱事件的可能性。一些研究還表明，氣體體積隨著荷電狀態(tài)（SOC）的增加而增加。如果電池排氣，并且在電池組內(nèi)部積聚，則點(diǎn)火會(huì)產(chǎn)生快速膨脹，從而導(dǎo)致爆炸。然而，在評(píng)估的火災(zāi)測(cè)試中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)爆炸事件。
6.3、有毒氣體
鋰離子電池中的電解質(zhì)由揮發(fā)性有機(jī)溶劑和鋰鹽組成，通常是六氟磷酸鋰(LiPF6)。有機(jī)溶劑在升高的溫度下蒸發(fā)，并作為易燃?xì)怏w釋放。電池排放氣體的體積和成分取決于許多因素，例如電池成分、荷電狀態(tài)（SOC）和排放原因。其排放氣體可能包括揮發(fā)性有機(jī)化合物（如碳酸烷基酯、甲烷、乙烯和乙烷）、氫氣、一氧化碳、二氧化碳、煙灰以及其他含有鎳、鈷、鋰、鋁、銅的金屬微粒。討論的一個(gè)重點(diǎn)是排放氣體中的氟化氫和其他氟化物的含量，因?yàn)樗鼈兙哂卸拘?。氟化氫具有高反?yīng)性并具有腐蝕性，可導(dǎo)致人體嚴(yán)重?zé)齻?。?duì)于整個(gè)電池組，由于有塑料外殼等其他組件，在電池火災(zāi)的氣體中發(fā)現(xiàn)氯化氫和氰化氫的有毒氣體。表5列出了在電池排放氣體中發(fā)現(xiàn)的成分，包括有無(wú)起火以及電池組火災(zāi)（包括外殼和其他組件）。
氣體分析已經(jīng)在不同的系統(tǒng)/組件水平上進(jìn)行，從電解液的燃燒測(cè)試到帶有電池組的整體燃燒測(cè)試。有人質(zhì)疑其結(jié)果如何在電池水平上可以根據(jù)電池組和實(shí)際情況進(jìn)行推斷，在電池起火的情況下，人們可能接觸到的有毒氣體量仍然存在不確定性。
2012年，研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一項(xiàng)研究，對(duì)完整的汽車(chē)進(jìn)行了火災(zāi)測(cè)試。他們發(fā)現(xiàn)，燃油汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)都在與冷卻液系統(tǒng)有關(guān)的煙霧中排放氟化氫。來(lái)自冷卻劑系統(tǒng)的氟化氫在火災(zāi)初期以高濃度水平產(chǎn)生，而來(lái)自電池組的氟化氫可以在后期和較低濃度水平（約100ppm）但在更長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)測(cè)量。顯示電池組中的氟化氫總量與冷卻劑系統(tǒng)中的氟化氫總量相似。
在對(duì)100kWh儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行的測(cè)試中，圓柱形電池被迫在內(nèi)部發(fā)生熱失控，在機(jī)柜的排氣口處測(cè)得的氟化氫水平為26ppm。在該測(cè)試中，火災(zāi)并未在整個(gè)組件內(nèi)蔓延，而是僅限于一個(gè)模塊。在這項(xiàng)研究中，發(fā)現(xiàn)的一氧化碳和甲烷的數(shù)量含量如此之高，以至于測(cè)試人員討論了安裝在室內(nèi)時(shí)對(duì)通風(fēng)要求的需求。在使用同一系統(tǒng)進(jìn)行的外部火災(zāi)測(cè)試中，在火災(zāi)初期達(dá)到了100ppm氟化氫的最大檢測(cè)率，并且在大約3小時(shí)的整個(gè)火災(zāi)過(guò)程中“超出范圍”，表明氟化氫水平大于100ppm。
表5電池排氣或火災(zāi)測(cè)試期間發(fā)現(xiàn)的各種氣體
美國(guó)國(guó)家職業(yè)安全與健康研究所(NIOSH)規(guī)定了工作場(chǎng)所有毒物質(zhì)的接觸限值。氟化氫的直接危及生命或健康濃度(IDLH)為30ppm(25mg/m3)。據(jù)稱(chēng)，吸入30至60分鐘50ppm氟化氫可能會(huì)致命。
對(duì)電池組水平的額外測(cè)試表明，氟化氫的水平各不相同。而根據(jù)一項(xiàng)研究，與其他研究相比，氟化氫水平明顯更低。同一項(xiàng)研究測(cè)量了高含量的鈷、鋰和錳，這也可能構(gòu)成化學(xué)危害。
研究還測(cè)量了各種商用鋰離子電池的氟化氫水平，這些電池具有不同的化學(xué)成分、電池設(shè)計(jì)（袋式、圓柱形和棱柱形）和尺寸?；馂?zāi)試驗(yàn)中測(cè)得的氟化氫水平在標(biāo)稱(chēng)電池容量的20mg/Wh至200mg/Wh之間。當(dāng)使用水作為滅火介質(zhì)時(shí)，沒(méi)有觀察到排放氣體的成分有顯著變化?？梢钥闯?，在此期間產(chǎn)生的氟化氫濃度較高。
這項(xiàng)研究討論了在噴水時(shí)，產(chǎn)生的氟化氫是否更多地與水滴結(jié)合，而不是在FTIR分析中作為氣體可測(cè)量。
還對(duì)塑料和電池火災(zāi)產(chǎn)生的有毒氣體（HCl、HF、HCN、CO、SO2和H2S）進(jìn)行了比較。電池起火期間電池材料的平均排放率低于塑料起火時(shí)的平均排放率。然而，電池的峰值排放率（鋰離子電池?zé)崾Э仄陂g）高于塑料。
關(guān)于電池起火期間產(chǎn)生的氟化氫水平仍然存在懸而未決的問(wèn)題。還提出了以下問(wèn)題：電池產(chǎn)生的煙霧中是否存在與一般火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧不同的其他有毒物質(zhì)，以及滅火后這些物質(zhì)中有多少留在水中。分析表明，在撲滅鋰離子電池火災(zāi)后收集的水樣中含有氟化物和氯化物。
6.4、關(guān)于與鋰離子電池故障相關(guān)危害的備注
與鋰離子電池故障特別相關(guān)的主要危害可能與內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)以及導(dǎo)致熱量釋放、壓力積聚、有毒氣體的熱失控風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。有許多參數(shù)會(huì)影響電池起火過(guò)程中產(chǎn)生的危險(xiǎn)的嚴(yán)重程度：
?電池組外殼和內(nèi)部組的設(shè)計(jì)對(duì)于減少火焰蔓延尤為重要。
?眾所周知，在任何濫用或其他潛在故障源的情況下，較高的荷電狀態(tài)（SOC）會(huì)增加發(fā)生劇烈熱事件的可能性。一些研究還表明，氣體體積隨著荷電狀態(tài)（SOC）的增加而增加。
?關(guān)于電池起火時(shí)產(chǎn)生的氟化氫量仍有待解決的問(wèn)題。也有人質(zhì)疑電池產(chǎn)生的煙霧中是否存在其他有毒物質(zhì)，以及這些物質(zhì)是否與一般火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧不同。
（未完待續(xù)）
