鋰電池事故誘發(fā)因素分析及風險等級評估

黃輝，曹蕊蕊，張文浩

（1.重慶安全技術職業(yè)學院，重慶 404000；2.中國安能集團第三工程局有限公司重慶分公司，重慶 404000）

目前，科技的發(fā)展日新月異，越來越多的高科技產(chǎn)品給人類帶來了諸多便利，像生活中經(jīng)常接觸到的手機、筆記本電腦、電動車、新能源汽車、醫(yī)療器材和無人機等產(chǎn)品，已經(jīng)成為日常生活的必需品。這些產(chǎn)品大都采用鋰電池作為動力來源，由于鋰電池本身的化學特性，由鋰電池引發(fā)的公共安全事件與日俱增。2021年9月，北京通州發(fā)生一起電動車鋰電池在室內充電時爆炸引起火災的事故，造成5人死亡[1]；2021年4月，香港秀茂坪一住戶客廳內電動按摩椅的鋰電池因線路問題引發(fā)火災事故，造成4死2傷[2]；2020年7月，上海閔行區(qū)一家面館疑似發(fā)生鋰電池燃燒事故，造成2死2傷[3]。以上類似事故在新聞上屢見不鮮，輕則導致財產(chǎn)損失、人員受傷，重則人身傷亡，甚至還會出現(xiàn)群死群傷的重大事件，因此鋰電池引發(fā)的安全事件己經(jīng)成為威脅公眾生活的重要隱患之一。

鋰電池事故頻發(fā)的同時，國內學者對鋰電池引發(fā)的安全問題也做了大量研究。中國電力科學研究院惠東等[4]把與鋰電池安全的相關的國內外專利加以分級分類，提出了鋰電池安全防護技術的發(fā)展方向；中國電力科學研究院高飛等[5]為了評估鋰電池的火災危險性，分析了鋰電池關鍵組件的燃燒性和生煙性，得出了關鍵組建的火災危險指數(shù)；3M（中國）公司米欣等[6]設計并論證了新型滅火劑Novec1230提升電池組安全性的實驗方案。關于鋰電池安全的研究還有很多，但是大部分研究主要集中在對鋰電池某一性能的研究，對于鋰電池事故誘發(fā)原因、事故可能引發(fā)的后果、事故等級等方面的研究還沒有。

本文從公眾安全視角出發(fā)，分析誘發(fā)鋰電池安全事故的因素，用魚骨圖形式清晰地表達出來，總結這些因素可能導致的事故類型，用半定量評級法（LEC）對事故后果進行量化，提出鋰電池安全事故主要防范方向。

1 鋰電池事故原因分析

根據(jù)最近2018—2021年鋰電池行業(yè)發(fā)展報告，以及網(wǎng)絡報道出來的鋰電池事故數(shù)據(jù)等信息，總結鋰電池事故的誘發(fā)因素，從安全管理的人、物、管、環(huán)對這些因素進行分類歸納。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，鋰電池事故主要分成自燃、爆炸和電解液泄漏3類。

（1）鋰電池自燃。自燃事故是最常見的鋰電池事故，由于人為操作不當、電池設計缺陷、質量不達標及工作環(huán)境潮濕等影響，鋰電池內部正負極發(fā)生短路現(xiàn)象后引發(fā)自燃，進而點燃周圍可燃物引發(fā)火災事故。最近幾年的統(tǒng)計信息中，鋰電池自燃事故高居所有事故的首位。

（2）鋰電池爆炸。鋰電池爆炸事故常見于鋰電池加工、制造、運輸和充放電等環(huán)節(jié)當中，出現(xiàn)爆炸事故的主要原因是電池內部空間狹小，一旦遇到電池短路現(xiàn)象，內部溫度將會快速升高，電池內部液體受熱后體積快速膨脹，內部壓力增大到一定程度后引起爆炸。特別是在充電過程中鋰電池最容易發(fā)生爆炸事故，例如特斯拉Model S自2012年上市以來，全球范圍內引發(fā)了不下50起燃燒或爆炸事故，其中大多數(shù)燃燒或爆炸事故都與電池有關系。

（3）電解液泄漏。鋰電池外殼不堅固，在擠壓、碰撞、內部碰撞及內部腐蝕等因素影響下外殼破裂，導致腐蝕性電解液泄漏出來，引發(fā)人身傷害或者環(huán)境污染事件，電解液泄漏事故多發(fā)于廢舊鋰電池回收再循環(huán)利用環(huán)節(jié)[7]。

鋰電池事故誘發(fā)因素以及可能導致的事故和衍生事故見表1。

表1 誘發(fā)鋰電池事故的危險有害因素

2 鋰電池事故誘發(fā)因素的魚骨圖

魚骨圖又稱因果圖，是一種常用的發(fā)現(xiàn)根本原因的分析方法，安全學領域常用魚骨圖來找出引發(fā)事故的根本原因。魚骨圖分析法有4個優(yōu)點：一是結構性強，展示的問題清晰明了；二是便于理解前后的因果關系；三是可以全面分析各種問題，不只局限某一方面；四是解釋問題的實質，個人觀點影響小。

對鋰電池事故誘發(fā)因素進行了匯總，從安全管理的人、物、管、環(huán)對這些因素進行分類歸納，借助魚骨圖分析法對鋰電池事故誘發(fā)因素進行，得到鋰電池事故誘發(fā)因素魚骨圖分析模型，如圖1所示。

圖1 鋰電池事故誘發(fā)因素魚骨圖分析模型

3 鋰電池事故誘發(fā)因素風險等級評估

為了量化鋰電池事故誘發(fā)因素風險大小，用LEC評級法計算出每個誘發(fā)因素引發(fā)事故的風險等級。LEC評級法3個參數(shù)的取值，主要是參考了2019—2021年全國新能源汽車鋰電池事故的數(shù)據(jù)，2021年全國發(fā)生共發(fā)生新能源汽車鋰電池自燃或爆炸事故約82起，平均每月6.8起；2020年共發(fā)生事故約76起，平均每月6.3起；2019年共發(fā)生事故約64起，平均每月5.3起，經(jīng)濟損失平均為每起22.7萬元，傷亡人數(shù)每起0.04人。引發(fā)事故的主要原因有：碰撞、工作環(huán)境溫度高、人不正確使用、電池質量不合格及電池達到使用壽命。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，用LEC評價法評估鋰電池事故誘發(fā)因素風險等級見表2。

表2 鋰電池事故誘發(fā)因素LEC評價結果

4 結論

本文從公眾安全視角出發(fā)，用魚骨圖對鋰電池事故誘發(fā)因素進行了分析，得到鋰電池事故誘發(fā)因素魚骨圖分析模型。用LEC評級法評估鋰電池事故誘發(fā)因素風險等級，得出如下結論。

（1）工作環(huán)境溫度高是誘發(fā)鋰電池自燃或爆炸事故的最重要誘因，因此鋰電池事故可以從降低鋰電池工作環(huán)境溫度，采取措施降低鋰電池自身發(fā)熱量，或者增強鋰電池散熱功能來降低事故發(fā)生的概率，從而達到減少事故的目的。

（2）人的不安全行為中誘發(fā)事故的主要危險因素有3個，分別是人員安全意識差、不當操作及人為損壞，和其他誘發(fā)因素類別相比數(shù)量多、等級高，因此避免鋰電池事故主要著力點在于對人的不安全行為的管理。

（3）鋰電池不安全狀態(tài)中，產(chǎn)品質量不合格是誘發(fā)事故的主因，因此鋰電池出廠前必須要經(jīng)過嚴格的質量檢測，合格后方可投入市場。