化成車間鋰離子電池火災撲救對策研究

黎勇

摘要：高充電狀態(tài)下的鋰離子電池燃燒過程更加復雜，是化成車間鋰離子電池火災撲救困難的主要原因。通過閱讀有關鋰離子電池火災研究的文獻，首先從鋰離子電池結構和工作原理、生產(chǎn)工藝流程、火災原因、火災危險性四個方面闡述鋰離子電池安全性問題；接著結合國內(nèi)典型化成車間鋰離子電池火災案例，總結出鋰離子電池熱失控難以控制、電池堆垛連鎖反應難以控制、爆炸使人員進攻困難、常規(guī)滅火劑難以撲救這四點此類火災撲救難點；最后，參考關于鋰離子電池火災撲救的研究成果，針對前面總結的四個撲救難點，提出四點撲救對策，分別是加強對故障電池的控制、保護和疏散鋰電池、做好爆炸危險防范、合理使用滅火劑。以期為消防救援人員了解此類火災的危險性和撲救難點，更好地撲救此類火災提供參考。

關鍵詞：化成車間火災；鋰離子電池；撲救難點；撲救對策

1 緒論

1.1? 研究背景

近年來，鋰離子電池火災時有發(fā)生且傷亡率較高，我們對于鋰離子電池火災的認識一直在積累和更新。在眾多研究者的努力下，不斷有鋰離子電池火災預防和撲救方面的研究成果出現(xiàn)。鋰離子電池能量密度高，使用壽命長，使用途徑廣，是能源可持續(xù)利用的一個戰(zhàn)略方向。我國一直是鋰離子電池供應鏈的主導者，在國家政策和國際市場的推動下，新能源汽車快速發(fā)展的背景下，國內(nèi)鋰離子電池的市場在不斷擴大，促進了鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)的增加。鋰離子電池廠發(fā)生火災，火災撲救難度大，危險性高，尤其是在化成車間部分，電池的數(shù)量大，局部電池密集度高，同時工藝要求鋰離子電池處于高充電狀態(tài)。高充電狀態(tài)很大程度影響鋰離子電池的燃燒行為，電池出現(xiàn)更加復雜的燃燒現(xiàn)象和過程，加大此類火災的撲救難度[1]。由此，本文通過有關研究不同SOC狀態(tài)下鋰離子電池火災行為的文獻，結合有關鋰離子電池火災撲救的研究成果，綜合相關的國內(nèi)典型火災案例，分析化成車間鋰離子電池火災處置難點，提出相應的火災撲救對策。

1.2? 研究目的及意義

相比其他鋰離子電池火災，化成車間鋰離子電池數(shù)目大，電荷量高，熱釋放速率快，燃燒過程復雜，火災危險性大，存在許多火災撲救難點。本文從鋰離子電池的安全性問題出發(fā)，總結關于化成車間鋰離子電池火災的撲救難點，針對撲救難點，提出相對應的火災撲救對策。旨在幫助消防救援人員了解化成車間鋰離子電池火災危險性和撲救難點；幫助消防指揮員提前做出安全防范，使其面對所出現(xiàn)的撲救難點，可以更好地做出相應決策，提高此類火災的撲救效率。

1.3? 國內(nèi)外研究動態(tài)

1.3.1? 國內(nèi)研究動態(tài)

鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)化成車間中，鋰離子電池發(fā)生故障通常難以及時發(fā)現(xiàn)，若控制不及時，容易發(fā)生電池堆垛的連鎖反應，火災蔓延速度快。鋰離子電池生產(chǎn)和倉儲的火災防控、鋰離子電池火災的撲救都是重大難題，引起國內(nèi)消防專業(yè)人士的關注和研究。周會會基于鋰電池工倉火災撲救對策的研究，介紹了鋰電池的失效行為及火災狀態(tài)，分析了不同類型滅火劑對鋰電池工倉火災滅火的效能[2]。在總結國內(nèi)典型鋰電池火災案例的基礎上，探討了鋰電池集裝箱火災、化成車間火災及倉庫火災的處置措施，并展望了多種滅火劑聯(lián)用可以快速撲滅鋰電池火災。任常興等人研究了空氣、氮氣、七氟丙烷三種氣體環(huán)境下鋰離子電池熱失控行為，由此探討氮氣和七氟丙烷對于鋰離子電池熱失控的作用，結果表明氮氣和七氟丙烷對于電池熱失控前的自熱誘導階段有較好的抑制作用，對于進入熱失控的電池作用不大。張青松等人研究了細水霧對于鋰離子電池熱失控的抑制作用，提出更早地預測到電池的熱失控行為，至少在電池進入熱失控之前，啟動細水霧滅火系統(tǒng)，可以有效中斷電池的內(nèi)部反應。李毅等人研究了對于電池火的撲滅實驗，被撲滅的電池容易復燃，且高壓細水霧無法撲滅電池火。

1.3.2? 國外研究動態(tài)

國外研究在提高電池自身的安全性、生產(chǎn)的安全性、使用的安全性和儲存的安全性等方面有許多顯著成果。例如電氣化車輛濫用鋰離子電池和電池安全裝置的研究。Larsson， Fredrik和Andersson，Petra等根據(jù)鋰離子電池和電池安全裝置的濫用測試結果，討論了在電氣化車輛中使用大型鋰離子電池的安全問題，提出了不同類型和不同使用途徑的鋰離子電池及其電子安全裝置使用規(guī)范[3]。Ditch，Benjamin調(diào)查研究了應用為高能電池普通可燃物開發(fā)的標準大規(guī)?；馂臏y試協(xié)議是否適當，進行了一次大規(guī)模的火災測試，以確定鋰離子電池倉庫儲存的灑水滅火保護指南[4]。Larsson，F(xiàn)redrik等人對鋰離子電池火災會產(chǎn)生強烈的熱量以及大量的氣體和煙霧進行了實驗研究。有毒氣體的排放可能比熱量構成更大的威脅，但人們卻對這種排放的煙氣了解有限[5]。通過實驗研究了七種不同類型的商用鋰離子電池在電池火災期間釋放熱量和氟化物氣體排放的定量測量。為進一步根據(jù)現(xiàn)場的電池規(guī)模，確定有毒氣體的危害范圍提供有效的實驗數(shù)據(jù)。

2 鋰離子電池安全問題分析

要分析火災難點，首先要對鋰離子電池的安全問題進行分析，本章通過鋰離子電池結構及工作原理、生產(chǎn)工藝流程、火災原因、火災危險性四個方面闡述，以便更好地分析化成車間鋰離子電池火災的撲救難點。

2.1? 鋰離子電池結構及工作原理

2.1.1? 鋰離子電池結構

鋰離子電池主要由電池正負極、電解液、隔膜和外殼構成。鋰化合物作為電池正極，常見正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料?？设偳朵嚥牧献鳛殡姵刎摌O，負極材料分為碳素材料（石墨、軟碳、硬碳）、非碳負極材料（過渡金屬碳化物、合金也就是錫基材料和硅基材料、LTO）和納米負極材料。鋰鹽和碳酸酯溶劑還有添加物組成電解液。隔膜材料有PP、PE、PP/PE/PP（三層復合材料為PP聚乙烯+PE+聚丙烯PP）、非織造布和多孔聚合物。電池外殼材料常采用鋼、鋁或塑膠制造。除了主要結構，鋰離子電池內(nèi)還有著各種電路系統(tǒng)、通氣孔、泄壓閥等構件。

2.1.2? 鋰離子電池工作原理

鋰離子在電極/電解液界面進行化學能和電能的轉(zhuǎn)換。充電時在外部電壓作用下，正極分解的電子經(jīng)外電路至負極，而鋰離子在負極吸附電子鑲嵌在負極材料形成碳化鋰，鋰在負極材料上富集，而放電反應與充電反應相反。在這個過程中，隔膜的作用是分隔電池的正負極，防止電池的短路；吸附電池中的電解液，確保高的離子電導率；有的隔膜材料還能防止對電池有害的物質(zhì)在電極間遷移，營造良好的電池環(huán)境；還能保障電池發(fā)生異常時使電池反應停止，提高電池的安全性能。除此之外，還有電池管理系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，常見的電池冷卻方式有自然冷卻、風冷、液冷和直冷[6]。

2.2? 生產(chǎn)工藝流程

鋰離子電池生產(chǎn)要經(jīng)過制漿工藝、涂布工藝、裝配工藝和化成工藝?；晒に囀菍σ殉尚偷匿囯x子電池進行嚴格的多段充放電檢測，其關鍵工藝參數(shù)為化成、高溫老化和分容?；墒浅尚碗姵剡M行脈沖充電達到截止電壓，在電池內(nèi)部電極材料上形成一層固體電解質(zhì)界面膜（SEI膜）。高溫老化是經(jīng)恒溫靜置使電解液充分浸潤到卷芯中，再抽氣封口，挑選自放電合格的電池。分容是對電池容量進行檢測，挑選充放電合格的電池待出廠。

2.3? 火災原因

鋰離子電池火災主要原因是電池的熱失控，在熱失控過程中，化學能迅速轉(zhuǎn)化為熱能，電池內(nèi)部溫度和壓強迅速升高，最終導致鋰離子電池的燃燒爆炸，而鋰離子電池爆炸產(chǎn)生的高溫和沖擊波足以引燃周圍可燃物。造成鋰離子電池熱失控的直接原因是電池隔膜的破壞，鋰離子電池的濫用、受熱和機械損傷都會導致電池隔膜的破壞，例如電池過度充放電、受高溫導熱、針刺、擠壓、撞擊等。在化成車間中，電池都處于荷電狀態(tài)，為了加快生產(chǎn)速度，會采取參數(shù)比較特殊的工藝；同時車間內(nèi)電池堆垛有嚴格的擺放要求，在人員管理方面可能容易出現(xiàn)疏忽，這些都增大了化成車間鋰離子電池的火災風險。此外，影響鋰離子電池燃燒行為的因素有電池的種類、數(shù)量、電池的荷電狀態(tài)、電池的配置方式等。在化成車間中，這些因素都會增大鋰離子電池的火災危險性。

2.4? 火災危險性

第一，火災初期征兆不明顯，建筑滅火系統(tǒng)無法及時響應，人員也難以發(fā)現(xiàn)，失去控制的絕佳時機。第二，易發(fā)生突發(fā)性爆炸，容易造成建筑坍塌和人員傷亡。第三，蔓延速度快，化成車間內(nèi)部空間大，電池熱釋放速率高，火災蔓延速度快。第四，復燃性大，即使撲滅電池火，內(nèi)部仍在反應，仍有可能發(fā)生復燃。第五，毒性大，鋰離子電池材料燃燒后產(chǎn)生大量有毒煙氣，容易造成人員中毒。

3 化成車間鋰離子電池火災撲救難點

基于此類火災的安全性問題，為提出更有針對性和成效的撲救對策，本章將從鋰離子電池熱失控難以控制、電池堆垛連鎖反應難以控制、爆炸使人員進攻困難、常規(guī)滅火劑難以撲救這四個方面對此類火災的撲救難點進行預判。

3.1? 鋰離子電池熱失控難以控制

3.1.1? 難以中斷鋰離子電池內(nèi)部反應

鋰離子電池發(fā)生故障，首先是自熱誘導階段，在這個階段，鋰離子電池的隔膜逐漸融化收縮，電池反應緩慢，如果可以及時對鋰離子電池進行冷卻控制，阻止隔膜的進一步分解，控制住鋰離子電池的內(nèi)部反應，可以引導鋰離子電池不進入熱失控階段。但在這個階段中，時間短，現(xiàn)象不明顯，建筑內(nèi)滅火系統(tǒng)不能及時響應，生產(chǎn)人員很難發(fā)現(xiàn)，錯過控制火災的最佳時機。救援人員到達現(xiàn)場時，鋰離子電池已經(jīng)進入熱失控階段，電池內(nèi)部隔膜嚴重損壞，正負極直接與電解液接觸，無法直接中斷鋰離子電池內(nèi)部短路。同時由于鋰離子電池外殼的原因，噴射的滅火劑無法到達鋰離子電池內(nèi)部，難以迅速降低電池的內(nèi)部溫度，無法達到快速控制鋰離子電池的效果。

3.1.2? 電池具有更高的熱釋放速率

由于工藝要求，化成車間內(nèi)的鋰離子電池都處于高充電狀態(tài)下，電池內(nèi)部化學組成發(fā)生改變，活潑性更強。隨著電池電荷量的增加，鋰離子電池發(fā)生燃燒行為時具有更高的熱釋放速率，燃燒反饋給電池表面的熱量越大，電池燃燒溫度也就越高，意味著電池材料熱解產(chǎn)生可燃蒸汽的速率越快，從而加速火焰的傳播。劇烈的燃燒還會加速鋰離子電池內(nèi)部隔膜的融化，加劇熱失控，形成一個正反饋。同時，鋰離子電池熱失控的過程中還會產(chǎn)生氧氣，氧氣的釋放量隨著電荷量的增加而增加，產(chǎn)生的氧氣降低了空間內(nèi)氧氣消耗對于熱釋放速率的限制，增大了燃燒強度?？傻贸?，相較于其他鋰離子電池火災，需要更高強度的冷卻力量才能有效控制此類火災。

3.2? 電池堆垛連鎖反應難以控制

3.2.1? 電池具有更高的噴射能量

隨著鋰離子電池電荷量的增加，熱失控更加劇烈，產(chǎn)生更大的內(nèi)部壓力和能量，火災過程也更加復雜，可能會出現(xiàn)多次射流火現(xiàn)象。電池會發(fā)生更劇烈的燃燒，形成射流火時，火焰的長度更長，溫度更高，持續(xù)燃燒的時間更長，形成強烈的熱傳導，對周邊電池堆垛的影響可能超過了預先設計的防火間距。同時，化成車間中有許多電氣設備，工藝中的鋰離子電池數(shù)目多，火災負荷高，廠房防火分區(qū)大，車間內(nèi)部空間空曠，一旦發(fā)生火災，火勢蔓延速度快，加大了控制火災發(fā)展的難度。

3.2.2? 電池更容易被點燃

電池受熱程度和電池火焰受配置方式的影響很大，配置方式很大程度上影響著鋰離子電池火災。在化成車間，鋰離子電池置于化成柜、恒溫架和分容柜中，一旦堆垛中某個鋰離子電池發(fā)生熱失控，由于裝置的局限性，電池呈現(xiàn)出局部密集性，造成了鋰離子電池有著更大的受熱面積和受熱強度，同一堆垛中的其他電池極易被點燃引發(fā)熱失控。同時工藝中存在著有電荷量的缺陷電池，自身易發(fā)生故障起火或者受熱源影響發(fā)生熱失控，形成連鎖反應。要保護火場中處于安全狀態(tài)的鋰離子電池，減弱安全鋰離子電池熱失控響應是一個很大的難題。

3.3? 爆炸使人員內(nèi)部進攻困難

3.3.1? 高充電狀態(tài)產(chǎn)生更劇烈的爆炸

鋰離子電池爆炸是造成人員傷亡的主要原因。鋰離子電池發(fā)生熱失控，溫度迅速升高，導致電池材料燃燒爆炸，或者是電池外殼撐破后空氣與鋰發(fā)生激烈的氧化反應而爆炸。鋰離子電池爆炸威力大，傷害范圍廣，更高充電狀態(tài)下的鋰離子電池會產(chǎn)生更劇烈的爆炸。在江蘇啟東海四達鋰電池爆炸案例中，擱置電池所采取的工藝是滿電狀態(tài)下擱置7天，滿電狀態(tài)的鋰離子電池發(fā)生火災時，可燃氣體的產(chǎn)生速率和流速更快，電池內(nèi)部產(chǎn)生更大的壓力，擴散到外部的可燃氣體更加密集，會產(chǎn)生更大威力的爆炸。該案例中，發(fā)生事故為8000節(jié)2500Ah的鋰離子電池，爆炸產(chǎn)生相當于4.1kgTNT炸藥的爆炸威力，其爆炸形成的死亡半徑為1.8m，重傷半徑為6.1m，輕傷半徑為11m。易對救援人員造成爆震傷，如果防護不到位，形成的高溫熱浪還會對救援人員皮膚和呼吸道造成灼傷。

3.3.2? 爆炸破壞建筑造成人員傷亡

鋰離子電池爆炸威力足以破壞建筑結構，造成建筑坍塌，嚴重威脅救援人員的生命安全。在江蘇啟東海四達鋰電池爆炸案例中，爆炸點周邊約200m2的樓層區(qū)域嚴重破壞，多面隔墻被推倒，破壞的墻體在爆炸沖擊波的作用下對人員造成較大的傷害。在廣東深圳美拜電子倉庫火災案例中，爆炸使局部建筑坍塌，造成搜救人員受傷被困。具有坍塌風險的建筑不僅對內(nèi)部人員造成嚴重威脅，還對外部救援人員造成威脅，若疏于防范，沒有做好安全監(jiān)測，就容易導致在外部進行作業(yè)的救援人員受傷[7]。

3.3.3? 爆炸難以預測和避免

鋰離子電池火災易發(fā)生突發(fā)性爆炸，由于化成車間中鋰離子電池處于高充電狀態(tài)下，鋰離子電池受到熱源作用，可能跳過自誘導階段就直接進入熱失控階段，短時間內(nèi)就可以達到爆炸狀態(tài)，難以避免鋰離子電池爆炸。同時，由于鋰離子電池在充電狀態(tài)下活性更高，當受熱源影響易釋放更多的可燃氣體，形成爆炸預混氣的時間更短。根據(jù)鋰離子電池火災統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，鋰離子電池發(fā)生爆炸的時間都在鋰離子電池起火后不久，約為8min。在上述兩個案例中，救援人員到達現(xiàn)場后不久，人員在內(nèi)部進行偵查搜救的過程中就突發(fā)爆炸，由于突發(fā)性強，給予內(nèi)部搜救人員反應時間短，救援人員來不及撤退。

3.4? 常規(guī)滅火劑難以撲救

3.4.1? 充電狀態(tài)下負極生成碳化鋰

經(jīng)過充電反應，鋰離子電池在負極上會生成碳化鋰，碳化鋰的化學性質(zhì)與金屬鋰相似，當鋰離子電池發(fā)生熱失控時還可能在負極析出鋰，當電池外殼因高溫熔化，高溫的鋰就會直接與空氣接觸發(fā)生劇烈反應。而鋰的相對密度約為水的相對密度的一半，當噴射滅火劑時，高溫熔化的鋰會存在于滅火劑的表層，高溫熔融的鋰仍與空氣直接接觸燃燒反應。同時鋰還會與多種滅火劑發(fā)生反應，例如在火災中，高溫狀態(tài)下的鋰會與水發(fā)生反應。高溫鋰還會與含鈉化合物的滅火劑發(fā)生反應，置換出金屬鈉，從而引發(fā)第二次鈉火。采用氮氣進行窒息滅火，鋰也會與氮氣發(fā)生反應。即使是采用砂土進行滅火，高溫鋰仍會與砂土中的主要成分二氧化硅進行反應。

3.4.2? 電池容易發(fā)生復燃

滅火劑的作用機制有冷卻作用、隔絕作用、窒息作用和抑制作用。采用二氧化碳滅火劑進行滅火，降低燃燒電池周邊的氧氣濃度起到窒息作用；同時二氧化碳由液體汽化吸熱起到冷卻作用，能夠迅速將電池火撲滅。采用ABC類干粉滅火劑，干粉滅火劑中無機鹽分解物與持續(xù)燃燒所需要游離基發(fā)生反應，中斷鏈式反應，起到抑制作用，撲滅電池火；同時高溫熔化的粉粒在電池表面形成玻璃狀覆蓋物可以起到隔絕作用[8]。采用泡沫滅火劑，在電池表面形成泡沫覆蓋物可以隔絕空氣，同時泡沫析出的水可以吸收熱量降低電池溫度，可以撲滅電池火。但由于撲滅明火后，這些滅火劑所能起到的持續(xù)冷卻作用弱，在短時間內(nèi)電池就會發(fā)生復燃。即使在火災撲救清理階段也有復燃可能。

4 化成車間鋰離子電池火災撲救對策

本章基于第三章所預測的四個火災撲救難點，具有針對性地提出以下四個相應的撲救對策：加強對故障電池的控制，保護和疏散鋰電池，做好爆炸危險防范，合理使用滅火劑。

4.1? 加強對故障電池的控制

4.1.1? 及時開啟氣體滅火系統(tǒng)

在更早的時間節(jié)點開啟氣體滅火系統(tǒng)，對撲救鋰離子電池火災更有效，應及時開啟建筑內(nèi)的氣體保護系統(tǒng)。在鋰離子電池自熱誘導階段，及時開啟車間內(nèi)的氣體滅火系統(tǒng)，形成氣體保護，可以對故障鋰離子電池進行抑制降溫，能夠阻止鋰離子電池進入熱失控階段，此時氣體滅火系統(tǒng)的作用效果好。當鋰離子電池發(fā)生熱失控之后，再開啟車間內(nèi)的氣體滅火系統(tǒng)，此時隔膜已經(jīng)融化破壞，氣體滅火系統(tǒng)只能延緩鋰離子電池的燃爆時間，阻斷不了電池發(fā)生燃爆，但可以降低鋰離子電池熱失控達到的最高溫度和熱釋放速率。在接警時，可以及時對生產(chǎn)人員進行指導，盡量提早開啟氣體保護系統(tǒng)，為消防救援人員的戰(zhàn)斗爭取時機。但要注意的是，缺氧的情況強化了電池的冒煙行為，內(nèi)部產(chǎn)生的有毒氣體的量更大，應當做好相應的防護措施，防止人員中毒。

4.1.2? 采用高強度的射水進攻

處置化成車間鋰離子電池火災時，更應當采用高強度的射水進攻，加大用水量，加強對鋰離子電池的冷卻控制?；绍囬g內(nèi)鋰離子電池數(shù)目大，電池電荷量高，發(fā)生火災時，鋰離子電池熱釋放速率快，燃燒強度大，溫度高。鋰離子電池產(chǎn)熱主要來自電池內(nèi)部的反應，電池火焰更多是對于環(huán)境的熱交換，電池火焰對于電池溫度的影響小。同時，高電荷量的鋰離子電池發(fā)生火災行為時釋放的氧氣更多，采取窒息作用對控制電池的作用效果不佳，因此要加強對故障電池的持續(xù)冷卻，才能控制住電池的燃燒行為。

4.2? 保護和疏散鋰離子電池

4.2.1? 保護安全的鋰離子電池

到達現(xiàn)場進行滅火行動前應該先對廠房進行斷電，廠房內(nèi)電氣設備多，斷電防止觸電事故發(fā)生，同時停止化成車間內(nèi)的工作，防止因火災因素造成電路短路，過充電等原因引發(fā)其他鋰離子電池發(fā)生熱失控。在故障電池的自誘導放熱階段開啟水霧滅火系統(tǒng)，可以及時冷卻控制故障電池不進入熱失控階段。在燃爆后開啟水霧滅火系統(tǒng)，雖然可能霧滴難以直接到達著火的鋰離子電池表面，難以快速降低著火電池表面溫度，但是開啟水霧滅火系統(tǒng)可以在短時間內(nèi)快速降低火場溫度，降低其他鋰離子電池的受熱程度，可以避免其他鋰離子電池因受熱源輻射發(fā)生熱失控，阻止火勢蔓延。在此要注意的是，如果是高壓細水霧滅火系統(tǒng)，由于高壓細水霧的窒息滅火作用受到抑制，單是依靠冷卻滅火作用無法控制和消滅電池火。

4.2.2? 保障安全的情況下可及時疏散物資

及時關閉其他車間的門窗、通風管路，避免火災熱煙氣蔓延至其他車間內(nèi)引起安全電池的熱失控，可以保護其他車間的電池安全，為及時疏散物資爭取時間。疏散物資必須在技術人員的指導和配合之下，利用測溫槍或熱成像儀對鋰離子電池儲存區(qū)域進行實時監(jiān)測。發(fā)現(xiàn)小范圍高溫或冒煙異常，應立即滅火并取出故障電池，轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域或置于工廠配備的防爆桶中進行控制[9-10]。

4.3? 做好爆炸危險防范

4.3.1? 設置現(xiàn)場區(qū)域劃分

處置鋰離子電池生產(chǎn)車間這種易發(fā)生突發(fā)性爆炸的火災，第一時間應當了解發(fā)生災害的具體位置，向工廠工程技術人員了解工廠內(nèi)的鋰離子電池種類、數(shù)目，通過分析現(xiàn)有資料數(shù)據(jù)做出決斷，劃分現(xiàn)場區(qū)域，設置警戒區(qū)、危險區(qū)。消防車應該避開危險區(qū)停放，并車頭朝向撤離方向?？刂浦卸任ｋU區(qū)的進出通道，進出人員要一一進行登記，并進行安全防護檢查。精簡進入危險區(qū)尤其是重度危險區(qū)工作的人員，進行危險區(qū)域的工作應挑選經(jīng)驗豐富的精干力量，實時掌握人員所處位置和人員狀態(tài)。進入危險區(qū)的救援人員必須要穿著消防隔熱服、消防避火服或者防爆服，按照相應防護等級做好個人安全防護，防止高溫危害和有毒氣體中毒。

4.3.2? 做好現(xiàn)場監(jiān)測警戒

不僅要做到對事故區(qū)域的溫度和可燃氣體濃度進行實時監(jiān)測，對建筑內(nèi)部結構進行實時評估，還要對外部建筑結構進行實時監(jiān)控，不能忽視外部結構坍塌帶來的人員傷亡。出現(xiàn)事故鋰離子電池區(qū)域溫度急劇升高伴隨有大量濃煙冒出，或者是未見明火有大量濃煙從門窗冒出，又或者發(fā)現(xiàn)可燃氣體檢測儀發(fā)出警報等爆炸征兆，應立即組織撤離。不僅指揮員要對現(xiàn)場建筑結構進行及時評估，同時在建筑外部各個方位設置安全哨，內(nèi)部人員也要提高警惕，尤其是在鋰離子電池發(fā)生燃爆之后[11]。用測溫儀不斷、多處測量起火建筑溫度，注意觀測建筑結構內(nèi)外的縫隙情況，注意聽建筑在火災過程中有不斷爆裂、吱吱混響聲等多種聲音出現(xiàn)，通過建筑構件的參數(shù)，分析判斷建筑結構的倒塌行為，發(fā)現(xiàn)有坍塌行為時應及時組織撤離。除了在滅火過程中，清理事故現(xiàn)場階段也應該對現(xiàn)場進行實時監(jiān)測，不能掉以輕心。

4.3.3? 合理設置水槍陣地

鋰離子電池火災易發(fā)生突發(fā)性爆炸，要避免依靠消防梯、消防車設置滅火陣地。設置水槍陣地應該盡可能尋找承重墻等承重構件作為掩體，避免在防爆窗、墻，吊頂下或者承受重物的樓板下設置水槍陣地。為減少爆炸對進攻人員的危害可能性，水槍手宜采用蹲姿射水，同時設置安全崗，避免突發(fā)傷害。宜設立室外滅火陣地和遠距離滅火陣地，利用鄰近建筑物設置水槍陣地跨建筑進行滅火或利用消防水炮進行遠距離滅火。由于爆炸產(chǎn)生的高溫和沖擊波容易引燃其他樓層的可燃物，因此在設置水槍陣地前要注意撤離路線上是否存在隱患。

4.4? 合理組合使用滅火劑

4.4.1? 鋰火災專用的滅火劑

目前，用于撲救鋰金屬火災有Lith-X干粉和銅粉。Lith-X干粉除了利用其致密的氧化膜的覆蓋作用外，同時其本身是良好的導體，可以及時將燃燒熱導出，迅速降低燃燒鋰的溫度從而降低其燃燒強度。銅粉可以在燃燒鋰的表面生成低反應性的銅鋰合金，鈍化鋰的表面而起到滅火作用，同時銅也是一種熱的優(yōu)良導體，可以及時將燃燒熱導出，使燃燒鋰迅速降溫降低其燃燒強度。這樣使得鋰火更容易被撲滅，配合其他滅火方式，可以迅速控制鋰火災，降低其爆炸可能性，盡可能地減少傷亡和損失[12]。

4.4.2? 強冷卻性滅火劑與水聯(lián)用

水可以作為鋰離子電池火災撲救的滅火劑。水作為最常用的滅火劑，其供給量比較有保障，在實戰(zhàn)中，可以滿足化成車間鋰離子電池火災的冷卻需求。水作為冷卻滅火劑，具有良好的比熱容4.18J/（kg·℃），對鋰離子電池有較好的冷卻作用，同時水吸熱氣化，可以降低空間內(nèi)可燃氣體的濃度和溫度。在火災初期，先利用廠區(qū)的自動滅火系統(tǒng)對著火區(qū)域進行足夠冷卻之后，結合持續(xù)射水滅火進行火災撲救。在火災中期，應優(yōu)先使用化學抑制性的滅火劑進行快速降溫，降低鋰離子電池的燃燒強度，在降溫的同時噴射大量的水，待冷卻控制住鋰離子電池之后持續(xù)使用水，防止其復燃，可控制住鋰離子電池火災。但要注意的是，即使在火災清理階段，鋰離子電池有復燃可能，要長時間進行現(xiàn)場監(jiān)控和冷卻，防止鋰離子電池再次復燃[13]。

5 結語

新能源汽車是“構筑產(chǎn)業(yè)體系新支柱”的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，未來仍是被市場和政策雙重推進發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。在鋰離子電池的未來發(fā)展前景中，新電池設計和生產(chǎn)工藝發(fā)展迅速，鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量和規(guī)?？焖僭黾?，加大了電池生產(chǎn)車間的火災隱患。

本文從鋰離子電池結構及工作原理、生產(chǎn)工藝流程、火災原因和火災危險性這四個方面對鋰離子電池安全問題進行分析，預測化成車間鋰離子電池火災隱患和火災風險。根據(jù)研究成果，可以從市場管理和企業(yè)管理這兩個方面防控化成車間鋰離子電池火災。例如2021年1月1日開始實施電動汽車、電動客車、動力電池等三項國家強制性標準，通過提高電池安全性標準，優(yōu)化電池結構設計和生產(chǎn)工藝，減少劣質(zhì)生產(chǎn)可減小火災隱患。通過加強企業(yè)管理，增強員工的安全意識和應急能力可以很大程度上降低火災風險。

本文對化成車間鋰離子電池火災進行研究，發(fā)現(xiàn)并提出此類火災所存在的四個撲救難點，分別是鋰離子電池熱失控難以控制、電池堆垛連鎖反應難以控制、爆炸使人員內(nèi)部進攻困難、常規(guī)滅火劑難以撲救。提高對化成車間鋰離子電池火災的認識，了解此類火災的撲救難點，可以對自身滅火力量的優(yōu)缺點有一個更好的評估。

根據(jù)撲救難點，相應地提出四個撲救對策，分別是加強對故障電池的控制、保護和疏散鋰離子電池、做好爆炸危險防范、合理組合使用滅火劑。在面對此類火災時，可根據(jù)這些撲救對策，提前做好安全防范，避免人員傷亡，更好地做出作戰(zhàn)決策，提高滅火效率。

目前鋰離子電池生產(chǎn)和倉儲場所的防控產(chǎn)品相對成熟，例如鋰離子電池多級預警裝置可實現(xiàn)對鋰離子電池熱失控前的誘導階段的預警，相關的滅火系統(tǒng)研究也成果顯著。除此之外，更好的電池結構設計和生產(chǎn)工藝相繼推出，許多上市電池的安全弊端被披露，安全性能更高的電池材料研究成果相對成熟。應該充分利用這些成熟的防控產(chǎn)品，以防控為主，做好市場管理和企業(yè)管理才能最大程度上減少此類火災的發(fā)生。

參考文獻：

[1]陳明毅.常壓和低壓下鋰原電池、鋰離子電池火災行為研究[D].合肥：中國科學技術大學，2017.

[2]周會會.基于鋰電池工倉火災撲救對策的研究[J].電池工業(yè)，2019，23（5）：240-243.

[3]Larsson，F(xiàn).，Andersson，P.，Blomqvist，P.，&Mellander，B.Toxic fluoride gas emissions from lithium-ion battery fires[J].Scientific Reports（Nature Publisher Group），2017（7）：1-13.

[4]Ditch，B.The impact of thermal runaway on sprinkler protection recommendations for warehouse storage of cartoned lithium-ion batteries[J].Fire Technology，2018，54（2）：359-377.

[5]Larsson，F(xiàn).，Andersson，P.，&Mellander，B.Lithium-ion battery aspects on fires in electrified vehicles on the basis of experimental abuse tests[J].Batteries，2016，2（2）：9.

[6]黃沛豐.鋰離子電池火災危險性及熱失控臨界條件研究[D].合肥：中國科學技術大學，2018.

[7]周天，趙暉.鋰離子電池生產(chǎn)火災危險性及防范對策[J].消防科學與技術，2017，36（5）：716-720.

[8]周會會，宋鵬，蘇文彬.鋰離子電池火災的滅火技戰(zhàn)術研究[J].武警學院學報，2017，33（12）：30-33.

[9]任常興，張欣，慕洋洋，等.典型滅火氣體對鋰離子電池熱失控作用特性研究[J].消防科學與技術，2018，37（9）：1215-1218.

[10]張青松，曹文杰，白偉.細水霧對鋰離子電池熱失控抑制作用的實驗研究[J].火災科學，2017，26（4）：239-243.

[11]郭君，賀元驊，王海斌，等.熱失控下環(huán)境體系對鋰離子電池火災危險性的影響[J].消防科學與技術，2020，39（8）：1160-1164

[12]李毅，于東興，張少禹，等.典型鋰離子電池火災滅火試驗研究[J].安全與環(huán)境學報，2015，15（6）：120-125.

[13]姜連瑞，李夢雨.鋰電池火災撲救戰(zhàn)術方法研究[J].消防技術與產(chǎn)品信息，2017（12）：33-36.

Research on fire fighting countermeasures of lithium-ion battery in chemical formation workshop

Li Yong

（Anren County Fire and Rescue Section of Chenzhou， Hunan Chenzhou 423000）

Abstract： The combustion process of lithium-ion batteries in a high charging state is more complicated， which is the main reason for the difficulty of fire fighting of lithium-ion batteries in the chemical formation workshop. By reading the literature on lithium-ion battery fire research， the safety of lithium-ion batteries is first expounded from four aspects： lithium-ion battery structure and working principle， production process， fire cause， and fire hazard. Then， combined with the typical lithium-ion battery fire cases in domestic chemical formation workshops， it is concluded that the thermal runaway of lithium-ion batteries is difficult to control， the chain reaction of battery stacking is difficult to control， the explosion makes it difficult for personnel to attack， and the conventional fire extinguishing agent is difficult to extinguish these four such fire fighting difficulties. Finally， referring to the research results on lithium-ion battery fire fighting， for the four fighting difficulties summarized above， four fighting countermeasures are proposed， which are to strengthen the control of faulty batteries， protect and evacuate lithium batteries， do a good job in explosion hazard prevention， and rationally use fire extinguishing agents. It is hoped that it will provide references for fire rescuers to understand the danger and difficulty of fighting such fires， and to better fight such fires.

Keywords：? chemical formation workshop fire; lithium-ion battery; fighting difficulty; fighting countermeasure