中國儲能網(wǎng)訊：3月23日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合500余家機構(gòu)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(shù)智、融合、創(chuàng)新”為主題，針對儲能產(chǎn)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(dǎo)、智能化系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、示范項目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和規(guī)模化工程應(yīng)用。
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(yīng)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(zāi)危害評價及關(guān)鍵防控技術(shù)研究》的主題報告演講。
以下內(nèi)容根據(jù)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(zāi)危害評價及關(guān)鍵防控技術(shù)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(biāo)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(shù)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(shù)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(fēng)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(dǎo)致電池?zé)崾Э刈钪匾囊蛩?，它可以直接?dǎo)致電池內(nèi)部溫度異常升高，進而引發(fā)一系列的產(chǎn)熱副反應(yīng)發(fā)生，并最終觸發(fā)電池?zé)崾Э?。電池在熱失控過程中可以產(chǎn)生氧氣（也可以結(jié)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?zé)崾Э乇旧砭涂梢孕纬伞盎鹑恰?，即具備燃燒三要素，因此鋰離子電池火災(zāi)危險性不容忽視。
近年來，鋰離子電池儲能電站的火災(zāi)事故頻發(fā)，特別是韓國的儲能電站，近十年共發(fā)生火災(zāi)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(zāi)，其間還出現(xiàn)多次復(fù)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(zāi)事故，其中影響比較大的有北京集美大紅門儲能電站火災(zāi)事故，造成了嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。
下面匯報一下四川所在鋰離子火災(zāi)研究方面的布局，我們主要是從以下五個方面開展相應(yīng)的研究工作。首先是全尺寸電池系統(tǒng)火災(zāi)危害評估實驗平臺的研制，二是電池?zé)崾Э鼗馂?zāi)特性及危險性評價技術(shù)研究，三是全場景故障精準(zhǔn)診斷和高效預(yù)警技術(shù)研究，四是多級協(xié)同熱蔓延防控及滅火技術(shù)研究，最后是開展全鏈條電池消防安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究。
接下來介紹一下我們在鋰離子電池火災(zāi)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(zāi)實驗研究，通過直流過充的方式觸發(fā)電池?zé)崾Э?。我們發(fā)現(xiàn)三元軟包鋰電池在過充過程中，首先會有明顯的鼓包現(xiàn)象，當(dāng)電池內(nèi)部壓力增加到一定程度時電池出現(xiàn)破封，通過紅外熱成像可以實時看到有大量氣體從電池內(nèi)部噴射出來，隨后電池就產(chǎn)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?zé)崾Э刈畲蟮臏囟却蟾旁?47℃左右，艙體內(nèi)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?zé)崾Э氐漠a(chǎn)氣成分及含量進行了表征分析，產(chǎn)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(shù)）分別為5.43%、1.8%、1.09%、0.47%、0.43%、0.25%、0.24%、0.15%，其中產(chǎn)生的氣體中H2占比最高。這些產(chǎn)生的易燃易爆氣體會大大增加火災(zāi)燃爆的風(fēng)險。
結(jié)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(zāi)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(zāi)特性，我們可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)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(xiàn)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(chǎn)生大量的火災(zāi)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(zāi)特性，研究發(fā)現(xiàn)，這種電動自行車燃燒更為劇烈，多次出現(xiàn)射流火，火焰出現(xiàn)“炸裂”現(xiàn)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(zhì)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(zhì)，嘗試解決電解質(zhì)泄露且易燃的問題。制備的P(VI-HFBA)固態(tài)電解質(zhì)，電導(dǎo)率可以達到2 mS/cm，電化學(xué)窗口≥4.5 V。通過對電池測試可以發(fā)現(xiàn)，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(dǎo)熱的防火涂料替代絕緣膜，進而減小電池?zé)崾Э貢r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(dǎo)熱性的環(huán)氧樹脂基自成碳膨脹防火涂料。結(jié)果表明，將這種防火涂料涂附在電池表面，可以使電池?zé)崾Э刂蟮臏囟扔兴档?，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(shù)，提出了基于堿性PVA/PVP混合水凝膠電解質(zhì)的高安全鋁-空電池技術(shù)，通過構(gòu)建高離子電導(dǎo)率的PVA/PVP混合水凝膠電解質(zhì)替代液體電解質(zhì)，解決了傳統(tǒng)鋁-空電池中液體電解質(zhì)泄露的問題。此外，合成的水凝膠電解質(zhì)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(xiàn)，這種新型電池的性能在同類型中也是處于相對領(lǐng)先的位置。
如何實現(xiàn)對鋰離子電池火災(zāi)煙氣成分的快速分析對應(yīng)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(jù)實際情況更換相應(yīng)的測試模塊。該分析儀可與無人機搭配使用，從而實現(xiàn)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(quán)威檢測機構(gòu)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(zāi)時會產(chǎn)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(fēng)險，因此，如何將鋰電池火災(zāi)中產(chǎn)生的煙氣快速排出，對降低火災(zāi)危害和火場救援至關(guān)重要?；诖耍覀兲岢隽艘环N移動的排煙防爆技術(shù)—組合風(fēng)陣技術(shù)，該技術(shù)可形成大斷面、大風(fēng)量送風(fēng)排煙氣流，顯著增強火場控?zé)熆責(zé)崮芰Α４送?，該風(fēng)陣可以直接外接消防水帶為其供水形成新風(fēng)水霧，對火場起到降溫、消煙的作用，進而降低次生災(zāi)害。與國內(nèi)外同類型相比，在風(fēng)量、質(zhì)量和功率方面均具有優(yōu)勢，且組合風(fēng)陣技術(shù)也是首創(chuàng)提出。相關(guān)成果已在消防隊伍開展示范應(yīng)用。
針對鋰電池火災(zāi)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(tǒng)熱失控火災(zāi)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(tǒng)、新能源汽車以及其他大型電池系統(tǒng)的熱失控火災(zāi)模擬測試，可以滿足UL 9540A測試要求。典型的設(shè)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(zāi)標(biāo)準(zhǔn)編制方面，目前已經(jīng)立項了一個國家標(biāo)準(zhǔn)，另外還有多項在研的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團體標(biāo)準(zhǔn)。
最后，淺談一下未來展望。隨著鋰離子電池不斷應(yīng)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(zāi)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(zāi)的特殊性去研發(fā)專用的滅火劑；其次是滅火系統(tǒng)的設(shè)計方面，研究適用于鋰離子電池火災(zāi)的滅火系統(tǒng)，包括火災(zāi)探測、報警、滅火等各個環(huán)節(jié)；在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制方面，應(yīng)針對鋰離子電池應(yīng)用的不同場景編制相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)，明確各環(huán)節(jié)的安全要求和防控措施；在AI技術(shù)賦能方面，可發(fā)揮AI技術(shù)在鋰離子電池?zé)崾Э貥O早期監(jiān)測預(yù)警、專用滅火藥劑研發(fā)以及應(yīng)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(zāi)危險性進行相應(yīng)的研究和提前布局。
我的匯報到此結(jié)束，謝謝各位專家、各位領(lǐng)導(dǎo)。
