水取代D类金属灭火器灭锂离子电池火灾

文·图/陈朝阳

东莞新能源科技有限公司EHS专家在2006年创新研究用水灭锂离子电池火灾，其灭火降温速度是其他灭火剂的10倍以上，纠正了锂离子电池起火是锂金属火灾的误区。在十多年良好实践后，用水取代D类金属灭火器水灭锂离子电池火灾写入了行业标准，并获得了2018年广东省安全生产高峰论坛“安全创造价值”一等奖。

东莞新能源科技有限公司所在集团是生产消费电子（手机、笔记本、无人机）用软包装锂离子电池的高科技公司。公司拥有全国知名EHS专家，历经10余年时间，不断研究并将水灭锂离子电池火灾方法应用于工厂实践，效果极好，已经写入了团体标准T/CIAPS0002—2017《锂离子电池企业安全生产规范》，于2018年1月1日起正式实施。下一步，也将纳入正在编写的应急管理部相关安全标准、工信部SJ/T标准。

水灭锂离子电池火灾的创新价值

依据GB/T4968—2008 《火灾分类》（2008年11月4日发布 、2009年4月1日实施）火灾现场火灾根据可燃物的类型和燃烧特性，分为A、B、C、D、E、F六大类。扑救D类火灾可选择粉状石墨灭火器、专用干粉灭火器，也可用干砂或铸铁屑末代替。

过去教科书里和行业内普遍认为，锂离子电池火灾属于锂金属火灾，只能用D类金属灭火器灭火。D类灭火器价格在每个1 000元左右，且灭火效果差，锂离子电池生产企业需要为此投入巨大的成本。

2006-2008年，公司EHS专家研究用水灭锂离子电池火灾的创新方法，研究了灭火机理，确定了水是灭锂离子电池火灾降温速度最快的灭火剂。

公司EHS专家运用材料学研究方法，研究了水进入电池内部的惰化反应；使用水体电阻模型，测算水带来的漏电流；使用电化学方法，计算测试电解氢气是否在安全范围；使用水电学方法，研究测试电动汽车泡水的直流高压电在水中的跨步电压不伤人等系列结论。

公司EHS专家用火灾科学方法（如火灾三角模型、火灾发展各阶段判断等）在工厂内实践了多种用水灭火方式，包括夹电池到水桶泡水、喷雾器或洗车器定点射水、消防栓水枪或消防盘管定点射水等有效方法，构成了“消防风水法”（形容用水灭锂离子火灾和排烟的方法）的一部分（见图1）。

图1 “消防风水法”的多种用水灭火器材图示

用水取代D类灭火器后，仅本集团就节约了1 200万元。该研究获得2018年广东省安全生产高峰论坛“安全创造价值”一等奖，并将水灭锂离子电池火灾写入了团体标准T/CIAPS0002—2017《锂离子电池企业安全生产规范》，造福行业。

水灭火降温速度最快

实验解剖了锂离子电池结构，猜测锂电池火灾为固体火灾特征。测试分别使用水、水雾、沙土（此处用沙土代替了灭火原理类似的D类灭火器的灭火剂，效果类似，且减少了喷射扩散的缺点）、灭火毯、手提灭火器（二氧化碳和干粉）灭点燃的锂离子电池火灾，用热像仪测试温度，放置13 kV的高压点火器，测试释放灭火剂行业燃气是否可燃。多次重复测试显示，水的降温速度最快，是其他灭火剂的10倍以上；灭火剂释放的燃气浓度在不燃程度（见图2）。

图2 水灭锂离子电池火灾的降温速度测试试验

2016到2017年，媒体报道了2家大型电池厂由于不了解水可以灭锂离子电池火灾，起火后只能等烧完为止，遭受了很大损失。直到2017年10月，这2家电池厂通过与制定标准的专家交流，也学会了用水灭火，提升了灭火速度，增强了应急能力。

水进入锂离子电池内部反应机理

公司EHS专家研究了水进入破损的锂离子电池内部的化学反应，从微观的材料学角度分析了水进入电池内部的惰化机理。

刺破大容量的动力电池的安全阀，将不同量的水加入电池内部反应测试。灌水的电池的循环性能在加入少量水时不变化，加大量水马上报废；解剖分析内部极片的材料变化，从显微镜看到其发生了惰化反应，活泼易燃物质LiCx转化为惰性陶瓷碳酸锂，从而减少了能量，反应局部发热促进隔离膜闭合加大了内阻，提升了产品安全性；用产品安全标准测试发现，滴水的电池比正常电池更加安全（见图3）。

图3 水进入锂离子电池内部的惰化反应（LiCx转变为惰性碳酸锂）

在这项研究过程中，恰逢公司遇到一个新的动力电池样品测试，其安全阀设计存在缺陷——遇潮气会腐蚀穿孔进水，项目遇到了难题：在3个月的测试期内，电池有无起火风险、是否需要停止项目更换产品？公司EHS专家经过上面的专业研究，确定无起火风险，可以继续测试，最终，价值1 800万元的动力电池安全测试完毕。

增加防护杜绝短路起火风险

2009年，公司EHS专家研究了导电液体（泄漏的电解液、海水、化雪盐水、泥浆水、自来水、清澈地表水）的电导率、水体电阻模型、计算和测试了漏电流大小、电解金属膜短路时间等。最终确定了需要对电路板裸露的带电部分喷涂三防漆、胶带等防护，以杜绝高电导率液体接触带电电池或电路板发生电解金属膜短路风险。

与此形成对比的是3年后，2012年桑迪台风掀起的海水浸泡了美国波士顿港口的Karmar电动汽车，退潮后残留的海水在12 V的电路板上电解形成金属膜短路起火，造成15辆Karmar电动汽车和1辆普锐斯电动汽车烧毁，损失超过1 000万元人民币。如果该电动汽车的生产企业知道了这个专业知识，就能避免这些损失。

电动汽车电池泡水跨步电压不触电

公司EHS专家用水电学方法研究了电动汽车的电箱掉入水中后，人员两条腿间距0.8 m的跨步电压的安全性问题。研究人员在地面建造5 m长、2 m宽的水池，划分0.2 m的方格为坐标系，研究用50～392 V直流电作用下跨步电压的值的等高线区域。测试发现跨步电压在安全范围。用水体电阻模型、水和岸边的电容电压跟随模型，推算了跨步电压在安全范围，并用动物试验（鸡、青蛙）验证了该结论正确。该结论扩大了使用电动汽车的便利性。

（本文作者系东莞新能源科技有限公司EHS副总经理，国家机械安全防爆小组专家，工信部、应急管理部锂离子电池安全生产专家。曾获得19项专利，参与编写了国际标准IPC-1401 CN《供应链社会责任管理体系指南》和团体标准T/CIAPS0002—2017《锂离子电池企业安全生产规范》，正在编写锂离子电池安全生产标准AQ标准和工信部SJ/T标准。）