文/张磊

安全是保障电动汽车健康快速可持续发展的首要前提，本文在大量试验研究的基础上，揭示了电动汽车锂电池火灾的特点和类型，阐明了锂电池火灾的处置原则、灭火策略。

电动汽车是我国重点扶持的战略性新兴产业，对我国能源结构改革，打赢蓝天保卫战具有重要战略意义。然而，在新能源汽车的推广应用过程中，发生了一系列火灾事故，如“4·26”深圳五洲龙A10纯电动大巴充电着火事故等。国家电动汽车重大科技专项特聘专家王秉刚表示，新能源汽车自燃火灾次数随产销量而增长，粗略统计，平均每100万辆新能源汽车发生火灾次数为50次，推算到2020年，如果新能源汽车保有量达到500万辆时，火灾事故将达到250次，由此可见，新能源汽车的起火事故将会进一步爆发。

经消防部门数据统计，电动汽车动力锂电池系统热失控是引发车辆着火的首要原因。锂电池燃烧具有燃烧速度快、火焰强度大、产生大量有毒有害烟气等特点，这对火灾扑救与应急救援带来了极大挑战。

为提高消防部门处置电动汽车火灾事故的技战术水平，应急管理部上海消防研究所自2011年以来，开展了大量锂电池火灾燃烧特性、灭火技术及消防安全标准研究，并编制了中国汽车工程学会团体标准《电动汽车锂离子电池箱火灾防控装置性能要求和测试方法》，旨在提高电动汽车火灾防控安全等级，保障我国电动汽车产业的健康快速可持续发展。

锂电池火灾特性

锂电池由于自身制造缺陷，或受外界温度、机械、充电异常等激励，电池内部会发生不可逆的副反应，如SEI膜分解、正极材料分解和电解液的分解，产生大量热，并释放出小分子气体。由于反应剧烈，产生的热量不能有效传递到电池外部，引起电池内部温度和压力的急剧上升，而温度的上升又会极大地加速副反应的进行，产生更大量的热和气体，此时电池进入无法控制的自加速状态，即俗称的热失控。

热失控是锂电池内部发生的剧烈不可逆的氧化还原反应，并伴随着温度和压力的急剧升高，宏观表现为喷射状火焰特征，反应速度快，火焰强度大。应急管理部上海消防研究所自2011年以来，开展了大量不同结构、不同容量、不同电化学体系锂电池的燃烧特性研究，阐明了磷酸铁锂电池和三元锂电池的火灾类型，宏观表现为“温升—鼓胀—破裂—烟气—主/被动着火”，揭示了锂电池火灾的特征，可归纳为以下几个方面：

锂电池燃烧速度快、温度高

三元锂电池单体过充着火试验

磷酸铁锂电池单体灭火试验

锂电池火灾一般是由内部热失控引发的，SEI膜分解后，电池正极材料、负极材料、电解液发生剧烈的氧化还原反应。以三元锂电池为例，经过对锂电池的燃烧残留物进行解剖和分析，发现锂电池正极铜箔发生部分融化，由此可断定，锂电池燃烧时，内部局部温度超过了铜的熔点（1 083 ℃），同时，经红外热成像仪测试，三元锂电池的最高燃烧温度一般可达800～1 000 ℃。此外，高温导致了化学反应加速，在测试实验过程中发现，部分锂电池电芯燃烧从明火出现至火焰完全熄灭，耗时仅6～9 s，燃烧非常迅速。

锂电池火焰喷射距离远，伴随有内溶物飞出

锂电池单体一般设有泄压口，锂电池热失控内部产生高温高压气体的泄放时刻取决于泄放压力的大小，对于三元锂电池等主动着火式锂电池，锂电池的着火过程也是压力泄放的过程，由于泄压面积较小，形成的火焰喷射距离较长，经试验测定，最长喷射距离可达3～5 m。此外，锂电池着火时一般还伴随着铜箔等内溶物的飞出，形成新的着火点，经试验测定，最远飞出距离可达5～6 m，因此，锂电池火灾的蔓延速度极快，这对锂电池火灾的初期处置带来极大困难。

不同电化学体系的锂电池燃烧特征差异大

不同的锂电池电化学体系，热失控时内部发生的副反应不同，产生的温度和压力也不同，导致着火形式不同。对于磷酸铁锂电池而言，一般内部产生的温度较低，小于逸出可燃气体的点火能，需要有外部引火源才能着火；对于三元锂电池而言，一般内部温度较高，大于逸出可燃气体的点火能，锂电池破口时，可直接引燃逸出的可燃气体，形成喷射火。

锂电池逸出气体成分复杂，毒性大

锂电池热失控会产生大量可燃、有毒气体，如CO、HF、H2、CH4等，这些可燃、有毒气体的蔓延速度很快，一旦蔓延到人员密集型场所，易形成群体性中毒事件。同时，在锂电池火灾的扑救过程中，消防员必须穿戴好各类防护装具，以保障人身安全。

锂电池的火灾分类

GB/T 4968-2008《火灾分类》中将火灾分为A类固体物质火灾、B类液体或可熔化的固体物质火灾、C类气体火灾、D类金属火灾、E类带电火灾、F类烹饪器具内的烹饪物（如动植物油脂）火灾，火灾分类是火灾防护与扑救的重要前提。锂电池火灾一般是由电池内部的热失控引发的，类似于小型的化工反应热失控，经试验研究发现，对于三元锂电池而言，内部产生高温高压气体喷射时，被气体携带的内部炙热颗粒引燃着火，因此主要表现为C类喷射火；对于磷酸铁锂而言，首先是内部可燃气体在电池破裂后发生蔓延扩散，并与空气形成可燃性预混气体，因此主要表现为C类预混火。由此可见，三元锂电池和磷酸铁锂电池主要表现均为C类火。

锂电池火灾扑救技术

锂电池火灾具有燃烧速度快、火焰强度大且呈喷射状等特点，灭火药剂很难直接作用于火焰根部，且由于锂电池外包装材料的封闭效应，锂电池火灾的灭火难度很大。下面从灭火药剂、灭火原则、灭火策略等角度出发，阐述锂电池火灾的灭火方法，以提高锂电池火灾的抑制效能。

灭火药剂

目前，我国使用较多的灭火剂主要有氢氟碳类灭火剂（如七氟丙烷）、干粉灭火剂、热气溶胶灭火剂、惰性气体灭火剂、细水雾灭火剂等，除此之外还有一些新型的，但在我国暂未大规模推广使用的灭火剂，如Novec1230等。目前，国内还没有评价灭火剂扑灭锂电池火灾效能的测试标准或方法，在灭火剂选择时，应综合考虑环境适应性、误喷危害、喷射残留、灭火浓度、药剂用量等因素，同时还应考虑锂电池火灾的具体场景，如在开放空间时，不适合选用气体灭火剂。此外，锂电池火焰强度很大，在设定锂电池火灾的灭火浓度时，宜通过实际测试的方法来确定，但至少应为灭火剂的惰化浓度。

灭火原则

锂电池火灾是由电池内部热失控引发的，而热失控是一种不可逆的、自反应性的氧化还原反应，因此，锂电池火灾明火可扑灭，但热失控反应却阻止不了，这就导致了锂电池火灾的复燃概率较传统火灾要高出许多。扑救锂电池火灾时，一要及时扑灭明火，避免火灾快速蔓延；二要降低热失控反应速率，使锂电池内部热失控反应产生的热量有序释放；三要持续降低锂电池温度，避免锂电池火灾发生复燃和快速蔓延。

灭火策略

锂电池的着火形式主要可分为两种，一种是以三元锂电池为代表的主动式喷射火形式，另一种是以磷酸铁锂电池为代表的被动式预混气体火形式。锂电池着火形式虽有不同，但所采用的灭火策略是一致的。经大量试验研究发现，无论是三元锂电池还是磷酸铁锂电池，在刚着火时的火焰强度一般是最强的，若在密闭环境内，甚至可能发生爆炸，针对这一特点，宜采用“预先抑制—早期喷放”的策略，通过监测锂电池热失控初期的行为特征，如气体、烟雾等，在锂电池出现明火前喷放灭火剂，形成惰化环境，降低锂电池出现明火的概率，或降低锂电池的火焰强度，避免锂电池发生快速蔓延，出现大规模轰燃。对于在开放空间内的锂电池着火情况，宜使用大量、持续的降温型灭火剂，并及时将着火锂电池和其他电池有效分离，如用水浸没等，防止火灾发生蔓延。

《电动汽车锂离子电池箱火灾防控装置性能要求和测试方法》标准介绍

提高车载动力电池系统安全等级是电动汽车火灾防控的关键，GB 7258-2017《机动车运行安全技术条件》和《电动客车安全技术条件》(暂未公布，没有标准号)中明确要求了动力电池系统应能在发生热失控时及时报警，且报警后5 min内电池箱外不起火爆炸；交通部发布的多个行业标准如JT/T 1026-2016《纯电动城市客车通用技术条件》、JT/T 1025-2016《混合动力城市客车技术条件》以及JT/T 325-2018 《营运客车类型划分及等级评定》中更是明确要求车载动力电池系统应装配具有报警功能的自动灭火装置。为建立科学有效的动力电池系统自动灭火装置效能评价与测试方法，应急管理部上海消防研究所在前期大量动力电池燃烧特性、热失控探测、灭火技术等研究的基础上，编制了中国汽车工程学会团体标准《电动汽车锂离子电池箱火灾防控装置性能要求和测试方法》，该标准于2018年7月24日由中国汽车工程学会和中国消防协会联合发布。

该标准在外观与标志、供电、探测报警、启动运行、相容性、故障报警、启动反馈、灭火性能等方面对电动汽车锂离子电池箱火灾防控装置作了详细规定，其中在灭火性能方面，主要考虑灭火时间、箱内温度、箱内压力、箱外有无明火等指标。为确保火灾防控装置的灭火效能，设定灭火时间应小于30 s，且10 min内不应复燃；为避免火焰传递到电池箱外，设定电池箱内相对压力小于50 kPa，并要求电池箱外应无明火；为防止锂电池火灾发生扩展，设定电池箱内测点温度小于150 ℃。（本文作者单位系应急管理部上海消防研究所）