中國儲能網訊：3月23日，由中國化學與物理電源行業(yè)協會主辦并聯合500余家機構共同支持的第十五屆儲能大會暨展覽會（簡稱“CIES2025”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會以“綠色、數智、融合、創(chuàng)新”為主題，針對儲能產業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)等重點、熱點、難點問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機制、資本市場、國際市場、成本疏導、智能化系統集成技術、供應鏈體系、商業(yè)模式、技術標準、示范項目應用案例、新產品以及解決方案的普及和規(guī)?；こ虘?。
在3月24日下午進行的儲能消防、安全與檢測認證專場中，應急管理部四川消防研究所博士劉振飛做了題為《鋰離子電池火災危害評價及關鍵防控技術研究》的主題報告演講。
以下內容根據大會發(fā)言整理提煉，僅供參考。
首先感謝主辦方給我這個機會到這里來跟大家交流，我的報告題目是“鋰離子電池火災危害評價及關鍵防控技術研究”。我的報告將從以下4個方面展開，首先是背景介紹。
自從我國提出“雙碳”目標以來，新能源就得到了快速發(fā)展，但新能源最大的問題是具有波動性和隨機性，大力發(fā)展儲能技術是解決這一難題的有效途徑。目前，主要的儲能形式有抽水蓄能和新型儲能，其中在新型儲能技術中鋰離子電池儲能占比最高。截至2024年12月底，我國的新型儲能裝機容量首次超過了抽水蓄能。
但是鋰離子電池存在熱失控的風險，誘發(fā)鋰離子熱失控的因素主要包括機械濫用、電濫用和熱濫用，其中熱濫用是導致電池熱失控最重要的因素，它可以直接導致電池內部溫度異常升高，進而引發(fā)一系列的產熱副反應發(fā)生，并最終觸發(fā)電池熱失控。電池在熱失控過程中可以產生氧氣（也可以結合空氣中的氧氣）和大量熱量（高溫），再加上熱失控過程中釋放的大量易燃易爆氣體以及電解蒸汽，使得鋰離子電池熱失控本身就可以形成“火三角”，即具備燃燒三要素，因此鋰離子電池火災危險性不容忽視。
近年來，鋰離子電池儲能電站的火災事故頻發(fā)，特別是韓國的儲能電站，近十年共發(fā)生火災事故20多起。另外，去年5月15日，美國加利福尼亞州的Gateway儲能電站也發(fā)生了火災，其間還出現多次復燃，大火持續(xù)將近兩周才被撲滅。我國也發(fā)生了幾起儲能電站火災事故，其中影響比較大的有北京集美大紅門儲能電站火災事故，造成了嚴重的經濟損失和人員傷亡。
下面匯報一下四川所在鋰離子火災研究方面的布局，我們主要是從以下五個方面開展相應的研究工作。首先是全尺寸電池系統火災危害評估實驗平臺的研制，二是電池熱失控火災特性及危險性評價技術研究，三是全場景故障精準診斷和高效預警技術研究，四是多級協同熱蔓延防控及滅火技術研究，最后是開展全鏈條電池消防安全標準規(guī)范的研究。
接下來介紹一下我們在鋰離子電池火災防治方面的研究進展。首先是熱失控特性的研究，我們開展了基于三元軟包鋰電池的熱失控火災實驗研究，通過直流過充的方式觸發(fā)電池熱失控。我們發(fā)現三元軟包鋰電池在過充過程中，首先會有明顯的鼓包現象，當電池內部壓力增加到一定程度時電池出現破封，通過紅外熱成像可以實時看到有大量氣體從電池內部噴射出來，隨后電池就產生明火。因此，三元鋰電池過充條件下的熱失控過程主要包括鼓包、破封、泄氣以及噴射火等。
其次是針對磷酸鐵鋰電池的熱失控特性研究，將電池容量為150 Ah磷酸鐵鋰放入自研的電池定容爆炸艙中，通過電加熱觸發(fā)電池發(fā)生熱失控。從溫升曲線可以看出，在本試驗條件下，磷酸鐵鋰電池熱失控最大的溫度大概在247℃左右，艙體內部的最大壓力為127.1 kPa，最大升溫速率為3.55 ℃/s。我們還對磷酸鐵鋰電池熱失控的產氣成分及含量進行了表征分析，產生的氣體成分主要包括H2、O2、CO2、CO、CH4、C2H4、C3H6、C4H8等，絕對含量（體積分數）分別為5.43%、1.8%、1.09%、0.47%、0.43%、0.25%、0.24%、0.15%，其中產生的氣體中H2占比最高。這些產生的易燃易爆氣體會大大增加火災燃爆的風險。
結合全國電動自行車安全隱患全鏈條整治行動，我們所率先開展了電動自行車火災研究，首先研究了基于磷酸鐵鋰電池為動力電池的電動自行車火災特性，我們可以發(fā)現當單輛電動自行車發(fā)生燃燒后，火勢蔓延的速度是非?？斓模視殡S一定的射流火現象。在本試驗條件下，火焰高度基本上會超過2米，車身的最高溫度在646℃左右，最大的熱釋放速率可以達到1.3 MW左右，期間會產生大量的火災煙氣。
我們還研究了三元鋰電池為動力電池的電動自行車火災特性，研究發(fā)現，這種電動自行車燃燒更為劇烈，多次出現射流火，火焰出現“炸裂”現象，火焰高度超過3 m，最大熱釋放速率為1.29 MW，最高溫度為700℃,此外燃燒過程中會釋放包含CO、HCN、SO2、H2S、Cl2、VOC等有毒氣體。
其次，圍繞電池的本質安全我們也進行了探索研究，開發(fā)了高強度阻燃型柔性固態(tài)電解質，嘗試解決電解質泄露且易燃的問題。制備的P(VI-HFBA)固態(tài)電解質，電導率可以達到2 mS/cm，電化學窗口≥4.5 V。通過對電池測試可以發(fā)現，電池在不同的彎折或者裁剪的狀態(tài)下還能保持比較好的電壓性能。
電池外表面會有一層絕緣的膜，我們通過合成阻燃高導熱的防火涂料替代絕緣膜，進而減小電池熱失控時的溫度，提高電池的安全性。因此，我們研發(fā)了兼具阻燃性和導熱性的環(huán)氧樹脂基自成碳膨脹防火涂料。結果表明，將這種防火涂料涂附在電池表面，可以使電池熱失控之后的溫度有所降低，同時可以減少H2和CO的釋放。
另外,我們還嘗試開發(fā)了高安全新型電池技術，提出了基于堿性PVA/PVP混合水凝膠電解質的高安全鋁-空電池技術，通過構建高離子電導率的PVA/PVP混合水凝膠電解質替代液體電解質，解決了傳統鋁-空電池中液體電解質泄露的問題。此外，合成的水凝膠電解質成分主要以無機鹽和水為主，因此熱安全性也非常高。最后，通過對電池性能表征發(fā)現，這種新型電池的性能在同類型中也是處于相對領先的位置。
如何實現對鋰離子電池火災煙氣成分的快速分析對應急救援工作非常重要。我們開發(fā)了一種便攜式、寬濃度、多組分危險氣體分析儀，它可以同時測量8種氣體，并可以根據實際情況更換相應的測試模塊。該分析儀可與無人機搭配使用，從而實現對火場及火場周圍的氣體采集分析和傳輸。該儀器已通過第三方權威檢測機構的檢測，并在實際的火場救援中取得了不錯的效果。
我們知道，鋰離子電池發(fā)生火災時會產生大量有毒煙氣，這些煙氣中還會包含大量易燃易爆氣體，存在爆炸風險，因此，如何將鋰電池火災中產生的煙氣快速排出，對降低火災危害和火場救援至關重要?；诖?，我們提出了一種移動的排煙防爆技術—組合風陣技術，該技術可形成大斷面、大風量送風排煙氣流，顯著增強火場控煙控熱能力。此外，該風陣可以直接外接消防水帶為其供水形成新風水霧，對火場起到降溫、消煙的作用，進而降低次生災害。與國內外同類型相比，在風量、質量和功率方面均具有優(yōu)勢，且組合風陣技術也是首創(chuàng)提出。相關成果已在消防隊伍開展示范應用。
針對鋰電池火災危害評估實驗平臺的研制，我們研發(fā)了全尺寸的電池系統熱失控火災危害評估實驗平臺，該平臺可用于開展鋰離子電池單體、儲能系統、新能源汽車以及其他大型電池系統的熱失控火災模擬測試，可以滿足UL 9540A測試要求。典型的設備包括大容量電池定容爆炸艙（500 L），大尺度量熱裝置（最大熱釋放量程達15 MW）、煙氣毒性分析儀、爆炸壓力測試儀等等。
在鋰電池滅火技術研究方面，我們開發(fā)了以改性云母類礦石和其他組分為原料的多相滅火劑，這種滅火劑具有較強的粘附性和吸熱性，可以在電池表面形成耐高溫的阻隔層，同時起到降溫、隔熱以及隔氧的作用。
四川所是全國消防標準委員會第7分技委和第13分技委的掛靠單位，在新能源火災標準編制方面，目前已經立項了一個國家標準，另外還有多項在研的行業(yè)標準和團體標準。
最后，淺談一下未來展望。隨著鋰離子電池不斷應用在新的場景（如綜合能源站、低空飛行器等），這對新場景下的鋰電池火災防控提出了更高的要求。我們建議可以從以下幾個方面開展研究：首先是滅火劑研究方面，需針對鋰電池火災的特殊性去研發(fā)專用的滅火劑；其次是滅火系統的設計方面，研究適用于鋰離子電池火災的滅火系統，包括火災探測、報警、滅火等各個環(huán)節(jié)；在標準規(guī)范編制方面，應針對鋰離子電池應用的不同場景編制相應的安全標準，明確各環(huán)節(jié)的安全要求和防控措施；在AI技術賦能方面，可發(fā)揮AI技術在鋰離子電池熱失控極早期監(jiān)測預警、專用滅火藥劑研發(fā)以及應急處置救援中的作用。最后，還需要對一些新型電池，比如鈉離子電池、固態(tài)/半固態(tài)電池的熱失控特性以及火災危險性進行相應的研究和提前布局。
我的匯報到此結束，謝謝各位專家、各位領導。
