消防救援鋰離子電池火災(zāi)及初期處置對(duì)策方法

消防救援鋰離子電池火災(zāi)及初期處置對(duì)策方法

鋰離子電池基本認(rèn)識(shí)所謂「知己知彼，百戰(zhàn)百勝」，我們從鋰離子電池的基本構(gòu)造開始介紹，其主要的構(gòu)造由：正極、負(fù)極、隔膜、電解液（鋰鹽加有機(jī)溶劑構(gòu)成）組成，如果依其組成常見的分類如下述：一、磷酸鐵鋰電池系指以磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。其特色為不含鈷等貴重元素，原料價(jià)格低且磷、鐵存在于地球資源含量豐富，不會(huì)有供料問(wèn)題，其工作電壓適中，單位重量下電容量大的高放電功率，可快速充電且循環(huán)壽命長(zhǎng)，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。相較目前常見的三元鋰電池來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰電池至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：安全性高、使用壽命長(zhǎng)、不含任何重金屬和稀有金屬（意即原材料成本低）、可快速充電、工作溫度范圍廣。因此，世界電動(dòng)車霸主TESLA也由三元鋰電池轉(zhuǎn)向以磷酸鐵鋰電池為動(dòng)力使用。但磷酸鐵鋰電池也存在一些性能上的缺點(diǎn)：壓實(shí)密度很低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低；雖然材料取得成本較低，但半成品的制造及準(zhǔn)備與電池的制造成本卻相對(duì)較高；產(chǎn)品一致性差及低溫時(shí)性能會(huì)明顯受到影響等。二、三元鋰電池正極材料常使用鎳鈷錳酸鋰（Li〈NiCoMn〉O2），負(fù)極通常是石墨。能量密度大，因此常被廣泛使用。三元鋰電池主要有鎳鈷鋁酸鋰電池，但由于鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，致使易產(chǎn)生高溫，進(jìn)而引發(fā)危險(xiǎn)，也因此其安全性問(wèn)題常受到懷疑。之所以會(huì)有這樣的原因是由于，即使磷酸鐵鋰與鎳鈷錳酸鋰這兩種材料都會(huì)在到達(dá)一定溫度時(shí)發(fā)生分解，不過(guò)三元鋰材料相比于磷酸鐵鋰電池會(huì)在較低溫下發(fā)生分解，且三元鋰材料的化學(xué)反應(yīng)較為劇烈，可能會(huì)釋放氧分子，于高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)。換句話說(shuō)，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。正因?yàn)槿嚥牧嫌羞@樣的安全隱患，因此根據(jù)三元鋰材料容易熱解的特性，廠商為抑制事故發(fā)生，在過(guò)充保護(hù)，過(guò)放保護(hù)，過(guò)溫保護(hù)，過(guò)流保護(hù)這幾個(gè)安全保護(hù)措施上都下不少的功夫，以防止三元鋰電池之燃燒。導(dǎo)致鋰離子電池燃燒的常見原因鋰離子電池火災(zāi)常見起火燃燒原因有下述幾項(xiàng)：一、產(chǎn)品瑕疪。

二、不正確的使用。

三、重摔撞擊造成電池芯、隔膜受損而導(dǎo)致鋰離子電池的異常進(jìn)而造成火災(zāi)。在鋰離子電池中一定會(huì)存在的失效風(fēng)險(xiǎn)，稱之為熱失控（thermalrunaway）。熱失控主要是因電池內(nèi)部異常，造成溫度上升的一連串反應(yīng)。目前鋰離子電池中常見的的電解液是以鋰鹽加上有機(jī)溶劑所組成，具有揮發(fā)性高、閃點(diǎn)低及易燃燒等特性。當(dāng)受沖撞或因變形引起的內(nèi)部短路及過(guò)充等種種因素，便會(huì)產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致電池溫度上升且高達(dá)一定溫度時(shí)，產(chǎn)生一系列的分解反應(yīng)，使電池的熱平衡遭受破壞。當(dāng)釋放出的熱無(wú)法即時(shí)溢散時(shí)，便會(huì)加劇反應(yīng)的進(jìn)行，并引起一連串的放熱反應(yīng)，溫度急劇升高，導(dǎo)致電池燃燒，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生爆炸，此現(xiàn)象即是「熱失控」。鋰離子電池?zé)崾Э卦蛑饕性陔娊庖簩?duì)于熱的不穩(wěn)定性，而常見導(dǎo)致的因素如下：鋰離子電池?zé)崾Э爻Ｒ妼?dǎo)致的因素一、內(nèi)部短路由于電池的濫用，如掉落、擠壓、撞擊、過(guò)充過(guò)放導(dǎo)致內(nèi)部的枝晶與電池生產(chǎn)過(guò)程中的雜質(zhì)灰塵等，將惡化生成刺穿隔膜，產(chǎn)生微短路，電能量的釋放導(dǎo)致溫升，溫升帶來(lái)的材料化學(xué)反應(yīng)又?jǐn)U大了短路路徑，形成了更大的短路電流，這種互相累積的互相增強(qiáng)的破壞，導(dǎo)致熱失控。二、外部短路外部短路最常因在人為操作不當(dāng)而產(chǎn)生，由于外部短路造成電池放電電流過(guò)大，易使電芯發(fā)熱，而高溫則會(huì)使電芯內(nèi)部的隔膜損壞，造成內(nèi)部短路，因而燃燒爆炸。三、外部高溫由于鋰離子電池結(jié)構(gòu)的特性，在遇高溫情況下內(nèi)部構(gòu)造、電解液會(huì)發(fā)生反應(yīng)，并造成一連串化學(xué)反應(yīng)，多種反應(yīng)導(dǎo)致大量熱量產(chǎn)生。隔膜融化進(jìn)而導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，眾多能量的釋放又增加電池內(nèi)部熱量產(chǎn)生。這一連串的作用，最終導(dǎo)致防爆膜破裂，電解液噴出，發(fā)生起火燃燒。四、電池過(guò)充電池過(guò)充將使電池內(nèi)部產(chǎn)生化學(xué)變化，并長(zhǎng)出樹枝狀結(jié)晶，穿破隔膜使正負(fù)極短路，緊而導(dǎo)致產(chǎn)生一系列化學(xué)變化而起火燃燒。因此，經(jīng)由上述常見導(dǎo)致危害的因素中，當(dāng)鋰離子電池如發(fā)生爆炸燃燒時(shí)，如以一般火災(zāi)方式滅火，則容易引起周遭鋰離子電池的連鎖反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生大規(guī)模的災(zāi)害。需具備的個(gè)人防護(hù)裝備及搶救滅火方法由于鋰離子電池使用已經(jīng)深入在民眾日常生活中，不管是手機(jī)、電腦、汽車、機(jī)車等移動(dòng)式型態(tài)；或是充電站、換電池站、儲(chǔ)能柜等固定式型態(tài)，都是消防人員可能會(huì)面臨到的危險(xiǎn)，如何小心謹(jǐn)慎應(yīng)對(duì)將是消防人員的一大課題，下述為建議方式：一、適當(dāng)?shù)难b備由于鋰離子電池燃燒甚至爆炸，過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生對(duì)于人體有腐蝕性及有毒性等危害氣體，危害到第一線消防人員之皮膚或呼吸道等粘膜組織，另外也有可能有觸電的風(fēng)險(xiǎn)，所以全套PPE（消防帽、面罩、空氣呼吸器、頭套、消防衣、消防褲、手套、消防鞋）是必備的裝備，并且要于危險(xiǎn)發(fā)生前，完成正確的穿著并且先與鋰離子電池保持適當(dāng)?shù)陌踩嚯x，評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境才能防止不必要的傷害。搶救過(guò)程中，消防人員待命區(qū)域的選擇也是一大課題，需選擇相對(duì)高處且上風(fēng)處，避免有毒救災(zāi)廢水與有毒氣體危害待命人員。二、適當(dāng)?shù)耐L(fēng)環(huán)境鋰離子電池火災(zāi)通常會(huì)產(chǎn)生大量擁有可燃性、腐蝕性與毒性之危害氣體，在適當(dāng)?shù)臈l件下易引起燃燒甚至爆炸。若救災(zāi)環(huán)境允許的話，請(qǐng)盡量建立有效通風(fēng)，使救災(zāi)環(huán)境能排除危害氣體，以降低危害因子，減少消防人員危害風(fēng)險(xiǎn)；如在密閉環(huán)境下，在建立任何開口時(shí)皆應(yīng)特別注意，因內(nèi)部環(huán)境已長(zhǎng)時(shí)間悶燒，建立開口容易造成大量氧氣的竄入，建立完整的燃燒三要素（可燃物、助燃物、熱能）從而引發(fā)現(xiàn)場(chǎng)之快速燃燒或爆燃。三、足夠的水源供救災(zāi)使用如果到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)為鋰離子電池火災(zāi)時(shí)，應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)水源是否能有效滅火。因?yàn)殇囯x子電池火災(zāi)若僅撲滅其表面火焰，是無(wú)法完整中斷其化學(xué)反應(yīng)，電池內(nèi)部通常還會(huì)有極高的溫度，且鋰離子電池特殊的熱失控現(xiàn)象，會(huì)持續(xù)發(fā)生且容易產(chǎn)生再度復(fù)燃現(xiàn)象。為此，必須使用大量的水持續(xù)降溫，直至鋰離子電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)結(jié)束，才可避免造成再次復(fù)燃的可能。四、搭配熱顯像儀進(jìn)行救災(zāi)消防人員執(zhí)行鋰離子電池火災(zāi)的滅火攻擊時(shí)，可藉由熱顯像儀來(lái)監(jiān)測(cè)溫度，以確保鋰離子電池溫度降至安全范圍，避免只撲滅表面火焰，而誤以為滅火完成而造成電池復(fù)燃現(xiàn)象。五、電動(dòng)車火災(zāi)初期處理如遇電動(dòng)車、固定式充電站等鋰離子電池設(shè)備起火，應(yīng)先移除附近可燃物避免火勢(shì)擴(kuò)大延燒。且在安全狀況允許下同時(shí)聯(lián)絡(luò)業(yè)者，并應(yīng)予以設(shè)備斷電，進(jìn)而避免不必要的二次危害。就算是系統(tǒng)斷電，鋰離子電池本身還是會(huì)有余電存在，故在搶救時(shí)應(yīng)隨時(shí)注意，避免觸電危害。電動(dòng)車初期處理的基本流程應(yīng)涵蓋：1.穿著完整個(gè)人防護(hù)裝備。

2.建立安全作業(yè)區(qū)域。

3.電動(dòng)車車種的辨識(shí)，如果可以確認(rèn)車種進(jìn)而可參考內(nèi)政部消防署網(wǎng)站的油電車緊急救援手冊(cè)進(jìn)行搶救或原廠作業(yè)規(guī)定進(jìn)行搶救。

4.隨時(shí)利用聽覺、視覺等多種感官判斷潛在危險(xiǎn)因子。

5.穩(wěn)固車輛。

6.建立大量水源備援及在安全距離下進(jìn)行滅火。

7.依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)救災(zāi)資源及車輛狀況選擇適當(dāng)滅火戰(zhàn)術(shù)（攻擊、防守、頂撐）。

8.依據(jù)各車種執(zhí)行斷電程序及人命救助。

9.TIC持續(xù)觀察電池模組溫度。

10.長(zhǎng)時(shí)間的靜置觀察電池溫度有無(wú)升高、復(fù)燃。六、儲(chǔ)能柜火災(zāi)如果到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)為儲(chǔ)能柜火災(zāi)，千萬(wàn)不可因?yàn)橹灰娪行┰S白煙冒出，便貿(mào)然建立開口而進(jìn)入搶救，應(yīng)注意內(nèi)部燃燒且可能已充滿了大量可燃性氣體并已蓄積足夠的熱能，建立開口可能導(dǎo)致大量空氣進(jìn)入，便容易使其產(chǎn)生快速燃燒甚至是爆炸。因此，搶救時(shí)若現(xiàn)場(chǎng)狀況允許，需先盡量移除尚未受到波及之鋰離子電池，避免高溫使得未受波及的鋰離子電池產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，造成危害因子的增加；另應(yīng)將所轄之儲(chǔ)能柜場(chǎng)所地址、緊急聯(lián)絡(luò)人、廠商聯(lián)絡(luò)電話等資料建置造冊(cè)。依據(jù)美國(guó)消防協(xié)會(huì)（NationalFireProtectionAssociation，簡(jiǎn)稱NFPA）855附件中，亦提及供搶救人員參考資料中，有關(guān)預(yù)防事發(fā)前的規(guī)劃中，還需包含下述幾點(diǎn)建議：

1.消防人員應(yīng)了解儲(chǔ)能柜的設(shè)備操作及緊急應(yīng)變計(jì)劃。

2.了解現(xiàn)在儲(chǔ)能柜的技術(shù)類型、潛