锂电池种类与结构

电池容量、性能、结构、安全性

本条款较详细介绍了各用途电池组放置到包装物和电池箱的结构尺寸和放置位置，也就是说每一个单体蓄电池安装在2～5层密封性能较好的包装物和电池箱内，加之各安装位置不同，锂电池火灾源头，各种灭火介质很难突破进入多层单体电池组内层电池包装物内，这就造成锂电池火灾大多很难扑灭局面，只能让它自燃自灭。锂电池火灾灭火核心是：一是将火灾一定要扑灭在源头，并冷却；二是源头火灾扑灭不了，应严格控制和压制火焰强度；三是严防火焰蔓延，让它慢慢燃烧尽。

（2）常见锂离子电池性能与安全性对比

锂电池主要分为锂金属电池和锂离子电池两类。锂金属电池应用最多的形式为纽扣电池，主要应用于电脑板卡或车钥匙等设备上。电能量高，大多是一次性电池，不能充电和循环利用。锂离子电池应用于智能手机、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车、储能舱等设备里的充电式电池。锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池，依靠锂离子在正极和负极之间往返嵌入和拖嵌实现放电。

常见的锂（离子）电池类型主要有：钴酸锂电池、三元锂材料电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池和聚合物锂离子电池。

常用锂（离子）电池主要性能与安全性能参数对比表一：

 表一

   锂离子电池通常由正极、负极、隔膜、电解液和电池壳体五大部分组成。以下三种类型，将导致锂电池火灾：一是由于对锂电池组机械挤压、变形、撞击、甚至隔膜破裂，引发电池内短路；二是过充过放；三是电池组或电池组箱内通风冷却性能差，使用温度过高，从而使隔膜和正极材料等发生分解，最后隔膜大规模崩溃导致正负极短路。当电池内部温度升高到80℃以上时，并会开始释放出热量以及产生一氧化碳、二氧化碳、氢气、氧气、乙炔、甲烷、甲苯、苯乙烯、氟化氢等气体。磷酸铁锂电池产生的刺鼻、眼酸味气体，比三元锂电池气味重和强，但产生白黄色烟没有三元锂电池产生浓烟多。锂电池外壳逐渐发生鼓包，约2分钟左右各锂电池安全膜片相继破裂、冒白黄色烟（磷酸铁锂电池烟少，三元锂电池烟多）、白黄色烟、小明火燃烧、几分钟后呈喷射形式较大强度火焰燃烧或爆炸式燃烧，火焰稍后呈收缩稳定燃烧、火焰熄灭等七个过程。三元锂电池从小明火燃烧，到呈喷射式较大强度火焰燃烧或爆炸式燃烧，比磷酸铁锂电池时间短，火焰强度要猛烈几倍。

锂电池火灾涉及A、B、C、D、E类火灾，并是深位火灾，最关键是锂电池储能系统多为集装箱式布置，电池排列紧密、火灾能量密度大、热失控极易蔓延、不断产生大量热量，给灭火带来极大阻碍，现有的单种灭火剂很难扑灭这类型火灾，是目前最复杂和最难扑灭的一种火灾。

锂电池应用于不同设备和场所中，采用的锂电池种类材料、结构、数量若不相同，则火灾属性与特点将会相差巨大。

（a）火灾迅速。出现异味或冒白黄色烟后，约30秒内出现明火，并2分钟内将引燃车上可燃物质，发生爆炸或燃烧。

（b）产生有毒烟气。火灾烟气中含有一氧化碳、一氧化硫、甲烷、甲苯、硫化氢、氟化氢等许多有毒气体，对被困人员逃生产生不利影响。

（c）火焰温度高。火灾在3分钟左右内火焰可达到1200度温度左右，能快速引燃周边可燃物质，使火灾蔓延速度快。

（d）火灾难扑灭。电动锂电池自行车一旦发生火灾，一般很难扑灭，最关键处理措施：一是不要危害生命财产安全；二是控制火焰强度，防止火灾蔓延。

（e）遵纪守法。电动锂电池自行车充电和存放应严格遵守消防法规和当地政府部门有关规定，主动只到高安全性具有报警、灭火功能的充换电柜和到集中充电桩雨棚配备相应的固定式简易消防喷水等设施处充电，才能确保你我他生命财产安全！

（f）间隔式爆炸燃烧。各类型锂电池设备中电池组（如：电动自行车）、电池箱（如：电动小汽车）、各电池箱（如：电动公交车、储能舱）的单体锂电池因受高温、短路等因素影响，相继发生热失控，单个或几个或几十至几百个单体锂电池将同时或间隔产生H2、CO、乙炔、甲烷等可燃气体，从电池箱和设备中喷射出，间隙式爆炸燃烧便随之产生了。

 （g）火灾难扑灭。锂电池设备火灾，第一次明火扑灭了,据统计复燃机率仍有40%以上。若首次火灾没有被扑灭和首次扑灭的火灾再次复燃，这种火灾将很难再扑灭了，最关键处理措施：一是确保人民生命财产安全；二是控制火焰强度，防止火灾蔓延。

电动自行车的电池容量一般在12~25Ah之间，为一个电池组，外包装盒为玻纤、碳纤增强一层复合材料，放置在脚踏板处或斜插在车架上。电池组容量不大，是由许多单体电池组成，但是大多单体电池由1~2层外包装包裹，电池组处于设备和地面之间，初期火灾不大，一旦发生火灾，应持续喷射几分钟以上清水灭火介质，将明火扑灭、还应持续喷射降温，防止火灾复燃。最简单放心充电方法，将电池组放入具有报警、灭火装置的充换电柜中集中充电，或集中放置具有充电雨棚简易式喷水灭火系统设施中充电，才能确保你我他生命财产安全。

小型电动汽车电池容量一般是15~60Kwh之间，大约由52倍左右电动自行车电池容量电池组组成，放置在一个或两个外装盒为玻纤、碳纤增强复合材料中，这些电池箱一般布置在汽车最底部。总电池容量较大，但是大多单体电池经过3~4层外包装物包裹，这就给火灾扑灭带来了非常大的难度。一旦发生火灾，电动小汽车是电动自行车火灾猛烈强度的约52倍左右，很难灭火，除采取特殊灭火方式才会有效。主要应实施控火和防止火灾蔓延。

电动旅游大巴、电动公交汽车电池总容量，支持行驶最长200公里的距离，一般电池容量在150~250KWh，大约有208倍左右电动自行车电池容量电池组，这么多电池一般分别放置在4~8个玻纤、碳纤增强复合材料电池箱中，这些电池箱主要固定在汽车两侧行李箱中，部分安装在车箱内或后备箱内。单体电池组经过四层左右外包装物包裹，若发生火灾，火的燃烧和爆炸威力相当于10个手榴弹的208倍左右。目前国家、行业标准规定了城市公共汽电车发动机舱应配置自动灭火系统和温度报警系统，若没有安装自动灭火装置一旦发生火灾或安装了灭火装置发生火灾没有扑灭成功，很难将火灾扑灭，因灭火介质很难进入电池箱最内层电池组灭火与降温。这时应远离火源，压制火焰强度，防止火灾蔓延。目前，大多数电动旅游大巴、电动公交汽车均没有安装报警、灭火系统设备。

储能舱全称为电化学储能舱，是指利用电化学原理进行存储的设备或设施。电化学储能，也称为电池储能。电化学储能舱中主要使用的产品包括铅酸电池、二次电池（如镍氢电池、锂离子电池等各种燃料电池等），储能舱主要与太阳能和风力发电设备配套，广泛应用于电力系统的调节、可再生能源的存储及应急备用电源等领域。

一个40英尺储能舱总电池容量一般在3~7Mwh（兆瓦小时），大约相当于5208倍左右电动自行车电池容量电池组。这么多电池组分别安装在几十至近百多个电池箱内，4~10个电池箱采用串联、并联或串并联方式连接叠放在一起，成为电池组合体，也叫电池簇，储能舱中将安装固定十几个左右电池簇。

国内外储能舱常发生重大火灾，特别是近期2024年6月24日韩国锂电池厂火灾，据统计不到1分钟左右3.5万个锂电池便发生爆炸式燃烧，历时爆炸和燃烧约5个多小时。3.5万个锂电池数量，相当于40英尺储能舱5~6个锂电池总数量，想想一个储能舱一旦发生火灾，火灾燃烧和爆炸当量有多猛烈。

注：本文章分为上、中、下三篇，本篇与“中篇：标准、规范、要求、专家论文”文章相连接，下篇为“灭火试验、设计新理念、方案与措施”文章。