航空运输锂电池的危害与措施

凤四海，李枣（中国民航飞行学院,四川广汉,618307）

航空运输锂电池的危害与措施

凤四海，李枣
（中国民航飞行学院,四川广汉,618307）

本文通过梳理锂电池的危害、航空运输锂电池的有关规定表明锂电池运输的高风险，再通过搜集国外研究出的一些防止锂电池起火的新措施，希望能对后续锂电池运输防火措施的研究提供一些思路。

航空运输；锂电池；危险；灭火

0 引言

在现代社会中，我们可使用的电子产品越来越多，锂电池几乎无处不在。锂电池是指一种电池，它的阴极或电解液包含锂金属或锂离子。其中锂金属电池性能最好，锂离子电池次之，锂聚合物电池排最后。

1.锂电池的危害

虽然作为能源来说锂电池有很多优点，但它也同样具有很高的危险性。以下原因可能造成锂电池发生火灾或爆炸。(1)电池（电化学或化学）设计本身存在问题；(2)电池制造存在缺陷；(3)电池过度使用；(4)电池包装设计使用存在问题；(5)电子产品保护功能设计或制造存在缺陷；(6)充电器设计制造存在缺陷导致电池过度充电。

FAA收录的自1991-2013年间135起锂电池航空运输事故中，除了10起事故（2起融化、2起泄漏、5起发热但未着火，1起电池凸起）没有冒烟起火以外，其余均有不同程度的着火，如阴燃、冒火星、冒烟起火、灼烧等。而且航空器上所配备的哈龙1301灭火剂对扑灭锂电池火灾根本不起作用，所以航空运输锂电池的风险更为突出。

2.锂电池安全运输新措施的研究

锂电池在发生燃烧爆炸之前都会经历热失效阶段，如果想要阻止锂电池发生火灾，就必须在其热失效阶段就使用灭火剂冷却它使其温度降低。

FAA火灾研究小组对各种灭火剂冷却锂电池热失效的有效性做了评估实验。参与评估实验的灭火剂有：在常温常压下呈液态的水、Novec 1230、AF-21、AF-31和A-B-D灭火剂以及在常温常压下呈非液态的灭火剂，包括哈龙1211、HalotronⅠ、FE-36、FM-200 CO2和Purple-K。

实验结果表明，液体灭火剂冷却效果很好，作用在锂离子电池上能立即降低电池温度；相反地，非液体灭火剂基本没有冷却作用，电池温度一直在升高。但是，除了HalotronⅠ、FE-36、Purple-K以外，其余非液体灭火剂也能阻止锂金属电池的热失效传播，原因可能是因为锂金属电池具有更小的质量。

在航空运输过程中，电池的热失效过程很难被探测器发现，通常都是在电池开始燃烧后才会触发报警器。但是电池一旦燃烧，情况就很难被控制了。联邦物流公司针对锂电池运输时的包装问题进行了一系列研究。他们开发了一套名为“联邦公司灭火系统（Fedex’s Fire Suppression System，FFS）”的设备，并与货舱泡沫灭火剂和控火封皮（Fire Containment Cover，FCC）一同用来作为航空运输大量锂电池的保护措施，并针对这三个系统进行了全尺寸火灾实验。实验结果表明，虽然FSS与FCC可以有效阻止火灾蔓延，但一旦发生火灾，还是会造成或大或小的财产损失。

既然大尺寸包装的效果不佳，就从单个锂电池的包装入手。传统的电池包装是将锂电池单独隔开摆放，但隔板很难防止锂电池的热失效传播，因为锂电池一旦发生热失效将会产生高温和排放烟气，将隔板损坏然后传播到相邻电池。研究人员将纸质隔板用其他材料代替，用来阻止电池的热失效传播，但效果甚微，而且包装的重量大大增加。于是研究人员转而研究能让电池冷却的物质。FAA试图用氮气来冷却发生热失效的电池，但效果并不理想。FedEx公司的研究人员决定采用液体冷却剂。在测试了不同液体的组分、粘度和释放速率以后，研究人员最终选定了一种由液体和胶体混合的物质作为锂电池的冷却剂。将这种冷却剂装在塑料袋中然后放于包装内部电池上方，当有电池发生热失效时，升高的温度会使塑料袋破裂，冷却剂流出降低电池温度，从而达到降低热失效传播的效果，大大降低了锂电池的起火危险。将这种包装装上CR123锂金属电池、18650锂离子电池和“D”尺寸锂金属电池分别做防止电池热失效传播试验，结果显示该包装能有效阻止这几类电池发生热失效传播。研究人员进一步在不同情境下（包括平放、倒放、振动和坠落）重复做该实验，效果都十分理想。

但是，因为冷却剂是非常容易渗透进硬纸壳外包装的，所以需要在硬纸壳和电池之间加一层涂层托盘，用来防止冷却剂渗透到硬纸壳外包装。并且在电池和凝胶包之间放置了一个缓冲袋，如果没有这个缓冲袋，当温度升高时冷却剂会在袋子破裂之前就沸腾，这样只能冷却贴近它的电池，而箱子底部的电池还是会继续发生热失效传播。于是研究人员改进了凝胶包包装，让它同时兼备缓冲袋和凝胶包两种功能，替代之前的包装。

3 结束语

虽然目前航空运输锂电池的危害性还是非常大，各个国家对锂电池的航空运输把控也十分严格。但通过本文的描述还是能看见一些新型的防止锂电池起火的技术在不断被研发和实验。相信有朝一日能找到一种最安全的方法来运输锂电池，让航空运输锂电池的风险大大降低。

[1]黄鲲.航空运输条件对锂电池安全性能的影响[J].环境技术,2008, 2(1):16-18.

[2]赵华.锂电池鉴定与航空运输的难点[J].中国民用航空,2009,5(101):56-58.

[3]赵宁宁.影响锂电池航空运输安全的因素[J].中国民用航空,2014,1(169):59.

[4]Constantine S.Improvments in Aircraft Fire Safety Derived From FAA Reasearch Over the Last Decade[R].Federal Aviation Administration.2011.

[5]潘生林,童捷.出口锂电池危险品运输包装的安全设计与防护[J].包装工程,2015,2(3):27-29.

Harmfulness and Measures of the Lithium Batteries in Air ransportation

Feng Sihai,LI Zao
（Civil Aviation Flight University of China,Guanghan Sichuan,618307）

This paper indicates the high risk of transporting lithium batteries through the hazards of lithium batteries and relevant provisions of lithium batteries in air transportation, and then through the collection of foreign research to new lithium battery firefighting measures, hoping to provide some ideas about fire prevention measure to lithium batteries transportation

Air transportation;Lithium batteries;Hazards;Firefighting