锂电池常用灭火剂调研

锂电池的安全一直是行业普遍关注的问题，由于其材料结构特殊，且运行环境复杂多样，一旦发生火灾事故，将造成设备损坏、财产损失、甚至人员伤亡。锂电池火灾发生后，处置难度大、处理时间较长，并且过程中往往会伴随着大量有毒气体的产生，所以及时灭火能有效控制火势蔓延，避免发生大面积烧毁现象，并为人员逃生争取更多的时间。

因锂离子电池热失控过程中往往伴随着烟雾、火灾甚至爆炸现象的发生，所以控制其热失控扩散问题已成为了锂电池产品在使用过程中面临的主要挑战。选用合适的灭火技术能够阻断电池热失控的进一步蔓延，对于抑制火灾发生具有重要意义。

本文将为大家介绍目前市面上主流的灭火剂与灭火机理，并分析不同种类灭火剂的优缺点。

灭火剂种类

目前，市面上的灭火剂主要分为气体灭火剂、水基型灭火剂、气溶胶灭火剂以及干粉灭火剂。以下是各类型灭火剂代码与特性介绍。

全氟己铜灭火剂：目前全氟己酮已被经合组织（OECD）和美国环保署列入PFAS名录，所以使用全氟己

酮作为灭火系统应识别当地法律法规，并与环保监管机构沟通。因全氟己酮灭火剂在热分解中的产物都是温室效应气体，所以不适合长时间、大剂量、连续喷放，建议与水喷淋系统结合使用。

三氟丙烷灭火剂：三氟甲烷药剂只有极少数厂家在生产，且没有明确的国家标准对该类灭火剂进行规范，维护成本较高，所以不建议使用。

六氟丙烷灭火剂：在使用过程中容易损害器件或设备，且这款灭火剂的全球变暖潜值（GWP）偏高，所以六氟丙烷只能作为一种过渡性的灭火剂使用。

七氟丙烷灭火剂：因温室效应问题逐渐受到各国的限制，将面临淘汰问题。目前七氟丙烷药剂已停产，这会造成已安装的七氟丙烷系统在维护过程中出现无药剂可充装问题，所以不建议使用。

惰性气体灭火剂：包含IG 01、IG 100、IG 55、IG 541，其中IG 541应用较为广泛，是国际公认的绿色环保灭火剂，但其存在建造成本高、气瓶需求多且占据空间大等缺点。

水基型灭火剂：细水雾灭火剂使用较为广泛，降温效果最好。其主要原因是水的比热容较大，其能快速吸收大量热量，使电池内部未反应的活性物质降温，从而抑制电池进一步的温升。但水对电池破坏较大，且其无绝缘性，导致电池短路。

气溶胶灭火剂：因其具有环境友好、无毒无害、成本低以及维护方便等特点，目前已成为主流的灭火剂，但选用的气溶胶应符合联合国法规和当地法律法规，需获得当地国家产品认证。但气溶胶缺乏冷却能力，在其应用期间，电池温度仍处于较高水平，灭火剂停止释放后，电池极易发生复燃。

灭火剂的有效性

中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室曾做过研究，比较了ABC 干粉、七氟丙烷、水、全氟己酮和 CO₂灭火剂对38A锂离子电池的灭火效果。

灭火过程对比

ABC干粉、七氟丙烷、水、全氟己酮灭火后电池均可以快速熄灭电池火，且未出现明火复燃，而CO₂灭火剂灭火后电池发生了复燃，无法有效熄灭电池火。

灭火效果对比

热失控后，锂电池在灭火剂作用下的行为可大致分为 3 个阶段：降温阶段、温度快速上升阶段、温度缓慢下降阶段。

第一阶段为降温阶段，灭火剂释放后，电池表面会出现温度下降。原因主要有以下2个：

? 电池泄压。锂离子电池热失控前，电池内部积聚了大量的烷烃类和CO₂气体，随后电池达到压力极限，安全阀打开，安全阀打开后喷射出高压气体，高压气体将电池内部的活性物质带出，同时对电池体有一定的冷却作用。

? 灭火剂的作用。灭火剂的降温主要有两部分，分别为灭火剂的相变吸热和化学阻隔作用，相变吸热直接带走电池产生的热量，而化学阻隔作用通过阻断化学反应间接减少了热量的产生。这里水的降温作用最明显，原因是水的比热容较大，其能快速吸收大量热量。全氟己酮次之，而 HFC-227ea、CO₂ 和 ABC 干粉均没有表现出明显的降温作用，这与灭火剂的性质及灭火机理有关。

第二阶段为快速升温阶段，在此阶段，电池温度由极小值快速上升至峰值。由于灭火剂无法使电池内部的分解反应完全停止，且大部分灭火剂的降温效果较差，因此，对于不同的灭火剂，在灭火剂释放完后甚至是释放过程中，电池温度呈现出近乎垂直上升的趋势，在短时间内电池温度升高到峰值。

在此阶段，对于不同灭火剂，抑制电池温度上升的效果有较大差距。优劣效果依次为水> 全氟己酮> HFC> ABC 干粉> CO₂。如果电池升温速率较慢时，会为电池的火灾预警提供更多的响应时间，为操作人员留下更多的反应时间。

结论

1. CO2 ：以窒息、隔离作用为主的灭火剂如 CO2 对电池火灾的抑制作用较差，且在本研究中还发生了较严重的复燃现象。不适用于锂电池火灾。

2.  ABC 干粉/HFC-227ea ：以隔离、化学抑制作用为主的 ABC 干粉和 HFC-227ea 灭火剂可在一定程度上抑制电池内部的链式反应，对电池内部反应起到一定的抑制作用，因此其效果较 CO2 稍好，但由于其无降温作用又无法完全阻断电池内部反应，灭火剂释放后电池温度仍会快速上升。

3. 全氟己酮：其在阻断电池内部反应的同时，又可通过汽化吸收热量，因此其对电池火灾的抑制效果明显优于其它灭火剂。

4. 水：在所有的灭火剂中，水的灭火效果最明显，其主要原因是水的比热容较大，其能快速吸收大量热量，使电池内部未反应的活性物质降温，从而抑制电池进一步的温升，但水对电池破坏较大，且其无绝缘性，因此在选择使用时应极为谨慎。

如何选择？

我们调研了目前市面上几家储能系统厂家使用的消防系统，主要采用以下灭火方案：

l 全氟己酮+水消防

l 气溶胶+水消防

可以看到，协同灭火剂是现在锂电池厂家的主流趋势。以全氟己酮+水为例，全氟己酮可以迅速扑灭明火，便于细水雾接触电池，而细水雾可以有效进行冷却。协同作业比单一灭火剂具有更好的灭火和冷却效果。

目前欧盟《新电池法》中要求未来的电池标签中要加上可用的灭火剂。厂家还需根据自己的产品、当地法规以及作用效果选择合适的灭火剂。

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