锂离子储能电池火灾：原因、特点和灭火策略！

1. 电池起火的原因
电池火灾是氧化剂、可燃物和点火源共同作用的结果。因此，电池的热失控机制可以简化为“热失控三角”。“热失控三角”中任何一个要素的破坏都会导致燃烧过程终止。因此，深入理解“热失控三角”有助于我们有效扑灭电池火灾。

在热滥用、电滥用或机械滥用的情况下，钠离子电池内部温度可能异常升高，电池内部材料发生一系列放热反应，进一步提高电池温度和反应速率，最终引发热失控。电池热失控过程中可燃物质的种类繁多，包括石墨负极（可燃固体）、电解液溶剂（可燃液体）、氢气和碳氢化合物气体（可燃气体）以及金属（可燃金属）。此外，可燃物质的组成在热失控过程中不断变化。而且，电池热失控的演变并非完全依赖于环境氧气供应，正极材料的高温分解也能释放所需的氧气。因此，电池火灾是一种复杂多变的火灾情况。

2. 电池起火特性
与传统火灾相比，电池热失控火灾具有其独特性，概括如下：

（1）温升速率高。电池在滥用条件下会发生自发放热反应。触发热失控后，电池内部放热反应剧烈，短时间内产生大量热量，导致电池温度急剧上升。在热失控过程中，电池最高温升速率甚至超过100℃/s，表面温度超过1000℃。如此高的温度远远超过电池模块内外其他可燃材料的燃点，极易引发更严重的火灾事故；

（2）伴随强烈的喷射火焰和极高的放热率。随着温度升高，电池内部的化学反应加剧，释放出大量气体，这些气体在电池内部积聚，导致内部压力逐渐升高。当压力达到一定阈值时，电池安全阀破裂，喷射出大量可燃气体、电解液和材料颗粒，引发猛烈的火焰，火焰高度甚至可达1~2米。

（3）火势蔓延迅速。当其中一个电池模块发生故障并引发热失控时，紧密排列的电池组会迅速将热量传递给相邻的电池，导致热失控在电池模块内蔓延，从而造成灾难性后果。

（4）难以扑灭且易复燃。在热失控过程中，大部分放热反应发生在电池内部。由于外壳的阻碍，灭火剂难以进入电池内部阻断热失控链式反应。因此，在灭火过程中，电池内部持续产生热量，导致火灾难以扑灭。即使成功扑灭了火灾，如果电池温度无法完全降低以消除热源，仍然难以抑制内部化学反应。此时，点火源、燃料和氧化剂这三个要素尚未消除，灭火剂释放后电池火灾容易复燃。

（5）火灾有爆炸的风险。热失控过程会产生大量气体，包括CO、CO2、CH4、C2H4、H2和电解质蒸汽。

（6）热失控气体具有毒性。电池火灾产生的气体除了具有可燃性和爆炸性外，还具有一定的毒性，是造成人员伤亡的主要原因之一。一氧化碳是火灾中最具毒性的气体之一，它能与血液中的血红蛋白竞争氧气，降低血红蛋白的供氧能力，导致人体组织缺氧损伤。

3. 消防策略
灭火剂的主要功能是消除“燃烧三要素”中的一个或两个，从而达到抑制火灾发生和控制火势蔓延的目的。灭火机理可分为隔离、窒息、冷却和化学抑制。目前，用于扑灭电池火灾的常用灭火剂可分为气体灭火剂（二氧化碳、七氟丙烷、全氟己酮、液氮等）、固体灭火剂（干粉、气溶胶等）和液体灭火剂（水喷雾、水雾、泡沫等）。
气体灭火剂因其不导电、无腐蚀性、无残留、流动速度快等优点，被广泛应用于精密仪器和电气火灾的扑救。同时，气体灭火剂在密闭空间内能发挥更好的灭火效果。其中，二氧化碳（CO2）等惰性气体的灭火机理主要为窒息。由于CO2难以降低电池温度，其灭火冷却效果有限，难以彻底扑灭电池火灾。液氮对电池火灾具有良好的冷却和灭火效果，展现出良好的应用前景。七氟丙烷和全氟己酮作为哈龙的替代品，具有优异的灭火性能，被广泛用于扑灭电池火灾，其灭火机理主要包括窒息、冷却和化学抑制。气体的气化和分解均可吸收周围热量，降低火灾区域的温度，并稀释氧气浓度。同时，它们在高温下分解生成氟化物，例如CF3和CF2，这些氟化物可以捕获自由基并中断燃烧链式反应。然而，在此过程中会产生HF，当HF浓度过高时，会对人体健康和设备造成损害。

固体灭火剂，例如干粉和气雾剂，具有灭火效率高、储存方便、成本低等优点。干粉是由干燥、粉碎和混合无机盐制成的固体粉末，具有灭火效率。ABC干粉的主要成分是磷酸铵，它能够隔离、窒息、冷却并化学抑制火焰。干粉释放到火焰区后，高温分解产物可以捕获H·和HO·自由基，从而中断燃烧链式反应。同时，干粉分解会吸收热量并产生氨气和水蒸气，降低火焰区的氧气浓度。此外，干粉落到高温燃料表面后熔化形成玻璃状覆盖层，隔绝氧气，使燃料窒息。然而，ABC干粉的冷却能力有限，释放后电池温度仍然很高，可能导致复燃。
对于液体灭火剂，直接使用大量水喷洒可以有效带走热量，防止热量失控扩散到相邻的电池单元，但由于电池损坏后与电解液接触会产生氢气，可能引发二次爆炸或电路短路等问题。水雾化喷洒液滴尺寸更小，蒸发效率更高，冷却效果更佳，用水量更少，从而降低了上述风险。泡沫灭火剂不仅具有良好的隔热效果，还能覆盖燃烧物表面，隔绝氧气，抑制火焰复燃，尤其适用于扑灭流动的火焰或易燃电解液溢出地面的情况。然而，对于不同类型的电池火灾，选择合适的灭火方法和灭火剂至关重要，以确保安全有效地扑灭火灾。

储能电池火灾不仅威胁设施安全，而且对环境和人员健康构成严重威胁。了解火灾原因、掌握火灾特性、选择合适的灭火剂和策略是预防和应对火灾的关键。通过采用先进的灭火技术，并结合完善的日常维护和管理，可以有效降低火灾风险，保障储能系统的稳定运行。