锂离子电池仓库火灾灭火救援策略研究

高金墙

摘要：锂电池仓库火灾特征明显不同于常规物质火灾事故，灭火救援难度大，且可能产生爆炸性环境，需要针对性制定科学灭火救援策略和方案。因此，开展了锂电池燃烧试验，基于锂电池燃烧试验结果和火灾事故案例，解析了成品锂电池仓库火灾特点及灭火救援难点。结合锂电池火灾机理，针对锂电池仓库火灾，提出了大量水灭火与强化排烟相结合的灭火救援策略。针对灭火救援过程中应急供水和排烟难点，提出了强化火灾应急供水能力和火场应急排烟能力的方案，为大型锂电池仓库灭火救援提供参考。

关键词：锂电池火灾；仓库；灭火救援；烟气蔓延；应急供水

中图分类号：D631.6       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2023）09-0045-04

近年来，随着电子信息行业的迅猛发展和电池工业的技术演变，市场对锂离子电池的需求越来越大。锂离子电池具有能量密度大、外观体积小、循环寿命长、环境污染小等优点，在智能手机、电子烟、智能穿戴电子产品中得到了广泛应用。此外，动力锂离子电池在电动汽车、储能、新型电动工具等领域也具有广阔应用前景[1-3]。但锂离子电池内封装的电解液具有易燃性，电解液蒸汽具有易爆特性，电池在生产、加工、储存、运输等环节容易因热失控而自燃，引发火灾事故[4-5]。近年来陆续发生了多起锂电池企业火灾事故，锂电池行业消防安全形势严峻。

带电的锂离子电池一旦发生短路、刺穿，极短时间内就会发生热失控，导致火灾甚至爆炸的发生。此外，过充、过放电等过程、电池外部温度过高也会引起锂离子电池热失控。同时，温度超过一定限度时，电池将自身释放氧气加剧火灾火势，火灾发生时将产生大量易燃气体和烟雾，扑救非常困难[6]。因此，锂电池生产企业自身和消防安全监管部门应更加重视电池制造行业的火灾风险。

2016年5月31日，江苏一电源生产企业锂电池满电态搁置仓库发生爆炸事故。2016年7月10日，深圳市龙华区河背工业区一电子厂发生火灾并发生了局部爆炸，火灾共造成3名消防员和2名群众受伤。2016年8月14日南京一化学新能源电池企业发生锂电池火灾事故。

根据有关研究结果，锂离子电池正极粉料高温时具有释放氧气的特点，即磷酸铁锂（LFP）电池在800℃时释放氧气；钴酸锂（LCO）电池和锂镍钴锰（三元材料NCM）电池在200℃时释放氧气[7-9]。锂电池火灾特征明显不同于常规物质火灾事故，灭火救援难度大。

由于锂电池行业企业特有的火灾风险特点，导致多数锂电池企业火灾危险性大，且灭火救援困难。为了减少锂电池火灾事故人员伤亡和财产损失，特别是避免灭火救援人员的伤亡，需要针对性制定科学灭火救援策略和方案。为此，开展了锂电池燃烧试验，基于锂电池燃烧试验结果和火灾事故案例，解析了成品锂电池仓库火灾特点及灭火救援难点。

结合锂电池火灾机理，针对锂电池仓库火灾，提出了大量水灭火与强制排烟相结合的灭火救援策略。针对灭火救援过程中应急供水和排烟难点，提出了强化火灾应急供水能力和火场应急排烟能力的方案。

1 锂电池仓庫火灾特点分析

1.1  锂电池燃烧试验

为了摸清锂电池燃烧过程中的特点，根据试验目标制定了试验用火盘，火盘由2个尺寸为28cm×36cm×10cm的长方体不锈钢箱体底部连通而成，试验时将热电偶布设在火源上部的钢丝网上。试验过程中使用带电锂离子电池（50%SOC）作为试验对象，分别采用5块、7块、12块等电池数量作为试验火源。着火盘尺寸与探测点布设见图1。

采用外部火源引燃聚合物锂离子电池，温度升高至150℃后锂电池开始燃烧，随后火源燃烧加剧，黑色烟气增多，火焰增强。当加热至失控温度时，锂离子电池释放出易燃气体，火源呈现燃烧加剧现象，并伴有黑色烟雾。见图2。

锂电池受热失控后，燃烧过程猛烈。温度是锂电池持续热失控的主要因素。因此，对于锂离子电池火灾的扑救应侧重于冷却灭火的机理选择灭火剂。软包锂离子电池火灾将产生大量的烟气，锂电池火灾灭火救援过程的排烟问题非常重要。

1.2  锂电池仓库火灾特点

成品仓库存放有大量的已充电锂离子电池，由于电池数量众多，个别劣质电芯因短路发生热失控燃烧，产生大量的热量，引起周边电芯温度升高，发生更强烈的热失控燃烧，从而形成电芯的连锁热失控燃烧反应。当其中存有失控电池时，便可能引发火灾事故。当存在人为或电气异常时也可能引发火灾事故。因此，成品仓发生火灾的可能性较一般区域大。

另一方面，成品仓库存储数量众多，一旦火灾失控，火灾规模将可能非常大。部分企业仓库防火分区面积大，仓库总建筑面积大，仓库内存放的电池量非常大，危险性高。

电解液具有易燃特性，当电芯发生热失控时，电解液会发生化学反应并释放出易燃性气体混合物（主要成分为H2、C3H6、C2H4、CH4等），易燃气体在空气中很容易达到爆炸极限，形成爆炸环境。燃烧产生的大量高温易燃气体蔓延到周边区域，导致温度急剧升高，电芯发生连锁热失控燃烧，放出更大量的易燃性气体，易燃气体浓度达到爆炸极限，遇火源将会发生爆炸[10-12]。

锂离子电池仓库的火灾危险性突出表现为产烟量巨大、燃烧剧烈、火场温度高、火灾蔓延迅速、易产生爆炸性气体环境。烟气产生情况见图3。

1.3  锂电池仓库火灾灭火救援难点分析

锂电池外部正负极接触形成短路或内部短路，电芯发热升温；火灾外部高温环境导致电芯升温；升温后电池内部的电解液受热分解释放易燃气体；达到气体燃点后气体燃烧，同时内部的电解液和隔离膜被引燃。燃烧过程非常剧烈，火场控制火势非常困难。

成品仓库存储锂电池数量众多，一旦火灾失控，火灾规模可能会非常大。部分企业仓库防火分区面积大，仓库总建筑面积大，仓库内存放的电池量非常大，危险性极高。

锂电池火灾的特点之一就是产烟量非常大。烟气蔓延迅速，容易产生火灾的快速蔓延。仓库建筑由于具有区别于一般建筑的特有结构和空间特点，火灾时烟气排放非常困难，同时加速了火灾在建筑物内部的蔓延。因此，对于锂电池仓库火灾扑救，应急排烟是灭火救援过程中的难点之一。

2 锂离子电池仓库火灾灭火救援策略

2.1  火场供水灭火

基于锂电池火灾试验和燃烧机理，温度是锂电池持续热失控的主要因素。控制燃烧温度能够有效阻止各类放热反应。水的比热容大，且取用方便，价格廉价，是控制锂电池火灾较为适用的灭火剂。

尽管锂离子电池过充、过放电时会有析锂现象，但存在的锂金属是非常少量的，极少量的锂金属与水反应，释放出H2。极少量的锂金属与水反应是用水灭火的副反应，但相较于大量水的冷却降温效果，水扑灭锂电池火灾的效果仍是明显的。

为此，开展了用水灭火的验证试验，将着火的锂电池用夹具扔入水箱中，火焰及时扑灭，燃烧终止。验证了可将单个或几个电芯着火可以将着火电芯放入水箱中处置。

2.2  应急排烟防爆

锂电池燃烧时，电池内部的电解液会发生裂解等化学反应并释放出易燃性气体混合物。因此，易燃气体在空气中很容易达到爆炸极限，形成爆炸环境。

分析锂电池火灾事故，发生闪爆事故的案例也充分证实了锂电池火灾有可能形成爆炸性气体环境。灭火救援过程中，必须设法破坏锂电池火场可能产生的爆炸性气体环境。良好通风，及时将燃烧产生的烃类气体和电解液蒸汽排出着火建筑物，是防范发生燃爆次生事故的根本保障。

锂电池火灾的特点之一就是产烟量非常大。烟气蔓延迅速，容易产生火灾的快速蔓延。同时，外部灭火救援力量很难准确扑救内部火灾、排烟困难，灭火救援非常困难。

2.3  火场供水与应急排烟方案

批量的锂离子电芯或电池着火燃烧需要用大量水扑救处置，因此对于消防供水能力需求较高。对于着火部位，可采用流量160L/s、射程120m以上的超大流量灭火消防车，增加着火部位的应急灭火用水。

鉴于目前多数地区市政供水能力受限的现状，不能满足火场多点高强度供水灭火的应急供水能力需求，预先规划建设应急取水点，配置远程供水系统，补充市政供水能力的缺口，是解决火场应急供水能力不足的有效方案。

目前，部分工业建筑前期设计阶段，排烟系统设计不合理，导致实际排烟效果不佳，无法提供有效的灭火救援扑救场地，将严重影响该类场所的灭火救援效率。破拆形成排烟和事故通风条件，采用大功率移动鼓风机强行排烟和事故通风，破除受限空间的爆炸性环境。

开展火情探测，判定火灾发展阶段。根据火场火情和火灾发展阶段选择局部内攻或外部压制的灭火救援策略。实时研判爆炸性条件，及时作出撤离的战术安排。及时获取准确火场信息，制定科学灭火救援策略，减少人员伤亡[13-16]。

3 结语

第一，温度是锂电池持续热失控的主要因素。控制燃烧温度能够有效阻止各类放热反应。水的比热容大，且取用方便，价格廉价，是控制锂电池火灾较为适用的灭火剂。批量的鋰离子电芯或电池着火燃烧需要用大量水扑救处置，因此对于消防供水能力需求较高。良好通风，及时将燃烧产生的烃类气体和电解液蒸汽排出着火建筑物，是防范发生燃爆次生事故的根本保障。

第二，锂离子电池火灾产生大量的烟，特别是在仓库或车间等通风条件不良区域，电解液和隔离膜发生不完全燃烧，产生大量的黑色烟雾。燃烧时也会产生爆炸性白色电解液蒸汽。防止锂电池火灾发生爆炸或爆燃事故的重要措施为加强应急排烟，将火灾时锂电池释放出的易燃气体及时排出，将室内空间易燃气体浓度控制在爆炸下限以下。

第三，对于锂电池仓库火灾，应及时采用大流量消防车供水灭火并破拆形成排烟和事故通风条件，采用大功率移动鼓风机强行排烟和通风，破除受限空间的爆炸性环境。开展火情探测，判定火灾发展阶段。根据火场火情和火灾发展阶段选择局部内攻或外部压制的灭火救援策略。实时研判爆炸性条件，及时作出撤离的战术安排。及时获取准确火场信息，制定科学灭火救援策略，减少人员伤亡，实现科学救援。

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Research on fire fighting and rescue strategy of lithium-ion battery warehouse fire

Gao Jinqiang

（Guangdong Construction Engineering Quality and Safety Inspection Station Co.， Ltd.， Guangdong Guangzhou 510530）

Abstract： The fire characteristics of lithium battery warehouses are obviously different from conventional material fire accidents. It is difficult to extinguish and rescue， and an explosive environment may be generated. Therefore， a lithium battery combustion test is carried out. Based on the results of lithium battery combustion test and fire accident cases， the fire characteristics of finished lithium battery warehouses and the difficulties of fire extinguishing and rescue are analyzed. Combined with the lithium battery fire mechanism， for the lithium battery warehouse fire， a fire extinguishing and rescue strategy combining a large amount of water fire extinguishing and enhanced smoke exhaust is proposed. Aiming at the difficulties of emergency water supply and smoke exhaust in the process of fire fighting and rescue， a plan to strengthen the emergency water supply capacity and the emergency smoke exhaust capacity of the fire site is proposed， which provides references for the fire fighting and rescue of large lithium battery warehouses.

Keywords： lithium battery fire; warehouse; fire fighting and rescue; smoke spread; emergency water supply