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两个月11起重大火灾,锂电池靠谱吗?

来源:财经杂志   发布时间:2024-11-10 19:03:06

从电动车到储能电站,锂电池支撑着新能源产业的发展,但火灾隐患也一直挥之不去。锂电池一旦发生火灾,起火快、燃烧快、温度高、易复燃、扑灭难,很容易造成严重的人身及财产损失。

以最常见的两轮电动车火灾为例,据国家消防救援局统计,2018年,全国两轮电动车起火事故约3000起,2023年猛增到2.1万起,平均每年增长超过40%。2024年前五个月,接报火灾10051起,仍在快速增长。

相比两轮电动车,电动汽车的火灾更受关注,但后者的火灾数量比前者要低一个数量级:据消防救援局发布的数据,2024年1月-10月共接报电动汽车火灾2105起,与2023年同期基本持平。

除了电动车,储能电站、电池工厂、电池回收工厂、电池运输车船的重大火灾也在快速增加。据不完全统计,仅2024年9月至今,全球范围发生的大型锂电池火灾就超过十起。

两个月11起重大火灾,锂电池靠谱吗?

2024年上半年,还有两起严重的锂电池火灾。

6月24日,韩国京畿道华城市的一家电池工厂发生火灾。该工厂储存着3.5万个锂电池成品,火灾引发爆炸,导致包括17名中国籍员工在内的23人丧生,另有8人受伤。

5月15日,美国加州圣地亚哥奥泰梅萨250MWh储能电站起火,其间两次复燃,燃烧了14天,耗时16天才完全扑灭。和电动车火灾相比,这些电池密集的大型场所发生火灾,破坏性更大、损失更严重、扑灭更困难。

锂电池为何这么容易烧

燃烧需要三要素,可燃物、助燃物和引火源。而锂电池之所以这么容易烧,是因为集齐了燃烧三要素。

锂电池一旦发生短路,巨大电流会瞬间产生高温,这是引火源。电池当中的正负极和电解液当中有多种元素都是易燃物,比如负极的碳,电解液当中的多种溶剂。

正极材料在常温下并不易燃,但在短路产生的高温下,某些正极材料会分解释放氧气,使燃烧更加剧烈,还有某些正极材料在高温条件下和电解液反应,会释放多种含氢气的可燃气体和有毒气体。

所以锂电池一旦发生热失控,其本身就能提供燃烧所需的引火源、可燃物和助燃物,常见的灭火方法均效果不佳,且电池燃烧后释放的可燃和有毒气体容易引发爆炸,灭火人员难以靠近火场,最终造成严重损失。

比如上述韩国京畿道的严重电池火灾,遇难人员的致死原因全部为窒息,就是电池起火后释放的大量有毒气体所致。

既然锂电池这么容易燃烧,那为什么不限制使用,反而还在大力推广呢?对于这个问题,看看中国加油站火灾的变化就能得出答案。

加油站火灾可以总结为三个阶段:

第一阶段,20世纪80年代中到90年代末。加油站发展快、问题多、风险高,这个阶段的标准制定、安全措施、技术水平都落后于产业发展的要求,安全事故快速增多。

第二阶段,21世纪的前十年。随着基数升高,增速减缓,开始逐步解决前期积累的诸多问题,严控风险水平。这一阶段的特征是快速完善相关标准,着重提升与安全相关的关键技术,推出高安全、高技术的产品替代早期产品。这十年,加油站火灾数量呈波动状态。

第三阶段,2010年至今,查缺补漏阶段。进一步完善第二阶段形成的安全标准,并寻找新技术,进一步提升安全水平,形成预防、预警、防灾、控灾、减灾的完整体系。这一阶段,加油站火灾明显下降。

而锂电池当前正处在第一阶段末期和第二阶段初期,安全事故的增长此时正处在峰值,而在追求安全的巨大压力下,锂电池安全标准的完善和相关技术的突破将开始提速。

不要焦虑要行动

在锂电池安全方面,中国政府和企业的努力集中在三个方面:完善相关标准、提升锂电池安全技术、研发新型消防技术。

标准制定方面,在全国标准信息公共服务平台上检索“储能电站”,可检出26条现行及即将实施的国家标准,其中2024年颁布的有13条,2023年颁布的有10条,仅有3条国标是2023年之前颁布的。

在地方标准信息服务平台上检索“电化学储能”,检索出的4条已备案地方标准均为2023年和2024年颁布的,分别为青海、陕西、福建和湖北的地方标准,同时山东、广东、江苏、浙江也都有储能电站的相关标准在征求意见或送审阶段。

除了储能,关于锂电池储存、运输的相关标准也在加快完善中,如深圳的《生产经营单位锂离子电池存储使用安全规范》已于2024年11月1日实施,是首部关于锂电池储存和使用的安全规范地方标准。

运输方面,《动力型锂离子电池铁路运输技术规范》2024年1月31日起实施,由辽宁海事局主持编制的《船舶载运锂电池安全技术要求》正处在报批阶段,不迟于2025年6月1日发布。

除了政府主导下的标准制定,企业也在安全技术上持续发力。

首先是电池企业在锂电池的安全性上持续投入。电池安全方面,中国电池企业相比海外电池企业有一项优势:海外企业早就放弃了磷酸铁锂电池技术路线,而中国企业一直在铁锂技术上持续投入。

在安全性上,铁锂电池比三元锂的先天条件更好,因为其正极材料的分解温度比三元更高,且在热失控情况下不会释放氧气,自身不会产生助燃剂,即便电池热失控,燃烧过程不会非常剧烈,有希望通过降温和隔绝氧气阻断燃烧过程。

在储能用铁锂电池的研发上,中国电池企业的产品性能一直在稳步提升。比如宁德时代的储能系统,2023年8月交付的EnErd系统,单个标准电池仓的总能量为5.0MWh,EnErd的升级系统EnErX单仓总能量提升至5.6MWh。2024年发布的天恒储能系统,单仓能量已提升至6.25MWh,同时可实现五年时间容量、功率零衰减。

在性能提升的同时,中国电池企业还在普遍采用多种提升安全性的新技术:电芯级的实时在线安全监控;优化电芯的材料、设计、制造,降低热失控概率;各种新型材料,如气凝胶的隔热层防止热扩散;应用人工智能技术的风险监测和预警系统等。

其实不论采用什么技术提升电池的安全性,电池企业能做到的就是想方设法别让电池烧起来,最好别发生热失控,万一热失控了,用隔热和各种降温、泄压措施把失控限制在电芯或模组层面,别蔓延到整个储能系统。但如果最终还是烧起来了,那灭火的任务就和电池企业无关,而是消防系统的任务,而当前针对锂电池的消防技术也在快速发展当中。

2024年10月初,在广州举行的中国消防安全产业大会上,应急管理部天津消防研究所副研究员许晓元博士表示,目前最新的消防安全技术,如细水雾、七氟丙烷、全氟己酮都可以有效扑灭电池明火,但对热失控的降温效果不足,非常容易发生复燃,而且几乎没有抑制爆炸的效果。

这就是为何消防人员在应对电池起火时,主要还是采用大量喷水降温的方式,且在明火扑灭之后还要持续监测,一旦发现升温,需及时给水降温避免复燃。同时在灭火过程中,还要建立足够的隔离带,避免电池燃烧释放的可燃和有毒气体造成的风险。

针对降温、抑爆等电池火灾的特殊需要,目前消防安全技术研发人员正在研究液氮灭火及全浸没抑制技术,希望通过液氮吸热能力强,气化过程中可稀释氧气浓度等特性,有效抑燃抑爆。

如果有更安全、更便宜的新技术可以取代锂电池,比如液流电池、固态电池等,当然是更理想的结果,但从技术发展现状看,起码十年内,没有任何电化学储能的方法能够比锂电池更加经济、实用。

新闻介绍:

从电动车到储能电站,锂电池支撑着新能源产业的发展,但火灾隐患也一直挥之不去。锂电池一旦发生火灾,起火快、燃烧快、温度高、易复燃、扑灭难,很容易造成严重的人身及财产损失。

责任编辑:caoyang

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