鋰離子電池全生命周期火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析

鋰離子電池因?yàn)槠淠芰棵芏雀摺⑹褂脡勖L(zhǎng)等特點(diǎn)，在消費(fèi)電子和新能源汽車(chē)領(lǐng)域有著不可替代的作用。但同時(shí)，鋰離子電池火災(zāi)危險(xiǎn)性較高，容易發(fā)生起火爆炸。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2016年鋰電池產(chǎn)業(yè)相關(guān)起火事故有37起，分布在鋰離子電池的生產(chǎn)、運(yùn)輸、應(yīng)用、回收等各個(gè)環(huán)節(jié)。

因此，筆者針對(duì)鋰離子電池生命周期各階段進(jìn)行初步的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析，并分享德國(guó)保險(xiǎn)業(yè)協(xié)會(huì)GDV與德國(guó)專(zhuān)業(yè)安全協(xié)會(huì)VdS合作發(fā)布的鋰電池防損指南VdS3103的主要內(nèi)容。

生產(chǎn)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)

鋰離子電池的生產(chǎn)是一種化學(xué)和機(jī)械加工。電池內(nèi)部的電解液是易燃液體，電極是可燃材料。電池制成后，需進(jìn)行電氣測(cè)試。在化成階段(即首次充電激活)，有可能因?yàn)閮?nèi)部短路、漏液、過(guò)充發(fā)生熱失控起火。高溫老化階段電池承受各種不同溫度也帶來(lái)火災(zāi)危險(xiǎn)性。

儲(chǔ)存中的風(fēng)險(xiǎn)

生產(chǎn)區(qū)域和儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)都有可能集中儲(chǔ)存電池半成品或成品。如貨架間距小，儲(chǔ)存密度高，一旦起火，火災(zāi)擴(kuò)散速度快，易發(fā)生爆炸。德國(guó)保險(xiǎn)行業(yè)協(xié)會(huì)GDV與德國(guó)專(zhuān)業(yè)安全協(xié)會(huì)VdS于2016年5月發(fā)布鋰電池安全儲(chǔ)存的公告，將電池按容量大小分類(lèi)，并給出相關(guān)安全指南，提出了堆積高度、面積、間距、消防系統(tǒng)設(shè)置等要求。本文將在后面詳細(xì)討論具體內(nèi)容。

運(yùn)輸過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)

鋰電池大多在亞洲生產(chǎn)，運(yùn)輸過(guò)程復(fù)雜，至少三分之一通過(guò)空運(yùn)。過(guò)去10年，美國(guó)聯(lián)邦局FAA記錄了共121件涉及電池的事故(包括墜機(jī))，大部分是鋰電池造成的。從2016年4月起，國(guó)際民航組織ICAO已禁止客機(jī)運(yùn)輸鋰離子電池(UN3480)，但機(jī)組人員和乘客隨身攜帶的電子設(shè)備里的鋰電池除外。

使用過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)

鋰電池在正常使用條件下是安全的，但如果電池發(fā)生過(guò)充、短路、碰撞、進(jìn)水等情況，有起火爆炸的危險(xiǎn)。如不能有效控制，甚至?xí)?dǎo)致電動(dòng)車(chē)整車(chē)燃燒，給乘客生命安全帶來(lái)威脅。

充電過(guò)程中充電樁起火也是有可能的。儲(chǔ)能電池集中設(shè)置，容量大，如起火會(huì)造成設(shè)備斷電或燒毀，無(wú)法運(yùn)行。

回收過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)

回收的電池種類(lèi)多樣，狀態(tài)不明，可能已損壞或有缺陷，極易因短路，漏液、進(jìn)水等原因起火，更需注意采取安全措施。

鋰電池防損指南VdS3103

2016年5月，德國(guó)保險(xiǎn)業(yè)協(xié)會(huì)GDV與德國(guó)專(zhuān)業(yè)安全協(xié)會(huì)VdS合作發(fā)布鋰電池防損指南VdS3103。該指南主要針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)和儲(chǔ)存區(qū)域里鋰電池的儲(chǔ)存和供應(yīng)提供了防損建議。筆者對(duì)該指南擇其重點(diǎn)進(jìn)行了翻譯并總結(jié)，現(xiàn)分享如下。

在該指南中，鋰電池按成分分為鋰金屬電池(一次電池/原電池)和鋰離子電池(二次電池)，按容量和重量分為低容量、中容量、高容量電池。

以常見(jiàn)的鋰離子電池為例，容量100Wh或以下的電池為低容量，100Wh以上但重量小于或等于12kg的電池為中容量，100Wh以上且/或重量大于12kg的為高容量。

鋰電池全生命周期火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析及防損指南

通用安全規(guī)則

下列安全規(guī)則任何時(shí)候都應(yīng)遵守：

遵照制造商提供的使用說(shuō)明以及產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)表

防止外部短路(如避免電池接線端子短路)

防止內(nèi)部短路(避免機(jī)械損傷)

不要直接暴露于高溫或熱源的輻射中，如陽(yáng)光照射。

在沒(méi)有安裝自動(dòng)滅火系統(tǒng)的區(qū)域里，與其它可燃物保持至少2.5米的間距。

立即從生產(chǎn)和存儲(chǔ)區(qū)域移除損壞的或有缺陷的電池，暫時(shí)放置在安全距離外，或存儲(chǔ)在單獨(dú)的安裝了消防系統(tǒng)的區(qū)域里等待處理。

只有按照UN38.3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試過(guò)的電池才能正常儲(chǔ)存(經(jīng)過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后的產(chǎn)品原型除外)。

特定安全規(guī)則

低容量電池

參照通用安全規(guī)則即可。如一個(gè)區(qū)域中存儲(chǔ)數(shù)量過(guò)大(體積7立方米以上或超過(guò)6個(gè)歐洲托盤(pán))，參照中容量電池。

中容量電池

中容量電池存儲(chǔ)區(qū)需與其它區(qū)域保持至少5米的間距，或結(jié)構(gòu)上采取了防火阻燃措施。避免與其它會(huì)充當(dāng)助燃劑的產(chǎn)品混合存儲(chǔ)。存儲(chǔ)區(qū)域應(yīng)該有火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)控，該報(bào)警系統(tǒng)連接到有人值守的監(jiān)控中心。如果使用滅火系統(tǒng)，考慮采用產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中建議的滅火藥劑。如一個(gè)區(qū)域中存儲(chǔ)數(shù)量過(guò)大(占地面積60平米以上且/或存儲(chǔ)高度超過(guò)3米)，參照高容量電池。

高容量電池

目前尚沒(méi)有可對(duì)高容量電池充分保護(hù)的可靠信息。因此，應(yīng)根據(jù)每個(gè)案例的具體情況與保險(xiǎn)公司協(xié)商制訂安全措施。

可能的措施包括：

隔離并限制數(shù)量

存儲(chǔ)在獨(dú)立的防火阻燃區(qū)域或保持安全距離(5米間距以上)

自動(dòng)滅火系統(tǒng)

生產(chǎn)區(qū)域里的供給

如果生產(chǎn)區(qū)域中需要存儲(chǔ)電池，應(yīng)滿(mǎn)足下列條件：

存儲(chǔ)數(shù)量降到最低(僅存儲(chǔ)每日所需的使用量)

準(zhǔn)備足夠的滅火器材(滅火器、消火栓)