
摘自內政部消防署的工作研討內容
導致鋰離子電池燃燒的常見原因
鋰離子電池火災常見起火燃燒原因有下述幾項:
一、產品瑕疪。
二、不正確的使用。
三、重摔撞擊造成電池芯、隔膜受損而導致鋰離子電池的異常進而造成火災。
在鋰離子電池中一定會存在的失效風險,稱之為熱失控(thermal runaway)。熱失控主要是因電池內部異常,造成溫度上升的一連串反應。目前鋰離子電池中常見的的電解液是以鋰鹽加上有機溶劑所組成,具有揮發性高、閃點低及易燃燒等特性。當受衝撞或因變形引起的內部短路及過充等種種因素,便會產生大量的熱,導致電池溫度上升且高達一定溫度時,產生一系列的分解反應,使電池的熱平衡遭受破壞。當釋放出的熱無法即時溢散時,便會加劇反應的進行,並引起一連串的放熱反應,溫度急劇升高,導致電池燃燒,嚴重時甚至發生爆炸,此現象即是「熱失控」。
鋰離子電池熱失控原因主要集中在電解液對於熱的不穩定性,而常見導致的因素如下:
一、內部短路
由於電池的濫用,如掉落、擠壓、撞擊、過充過放導致內部的枝晶與電池生產過程中的雜質灰塵等,將惡化生成刺穿隔膜,產生微短路,電能量的釋放導致溫升,溫升帶來的材料化學反應又擴大了短路路徑,形成了更大的短路電流,這種互相累積的互相增強的破壞,導致熱失控。
二、外部短路
外部短路最常因在人為操作不當而產生,由於外部短路造成電池放電電流過大,易使電芯發熱,而高溫則會使電芯內部的隔膜損壞,造成內部短路,因而燃燒爆炸。
三、外部高溫
由於鋰離子電池結構的特性,在遇高溫情況下內部構造、電解液會發生反應,並造成一連串化學反應,多種反應導致大量熱量產生。隔膜融化進而導致電池內部短路,眾多能量的釋放又增加電池內部熱量產生。這一連串的作用,最終導致防爆膜破裂,電解液噴出,發生起火燃燒。
四、電池過充
電池過充將使電池內部產生化學變化,並長出樹枝狀結晶,穿破隔膜使正負極短路,緊而導致產生一系列化學變化而起火燃燒。
因此,經由上述常見導致危害的因素中,當鋰離子電池如發生爆炸燃燒時,如以一般火災方式滅火,則容易引起周遭鋰離子電池的連鎖反應,進而產生大規模的災害。
需具備的個人防護裝備及搶救滅火方式
由於鋰離子電池使用已經深入在民眾日常生活中,不管是手機、電腦、汽車、機車等移動式型態;或是充電站、換電池站、儲能櫃等固定式型態,都是消防人員可能會面臨到的危險,如何小心謹慎應對將是消防人員的一大課題,下述為建議方式:
一、適當的裝備
由於鋰離子電池燃燒甚至爆炸,過程中會產生對於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險,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,並且要於危險發生前,完成正確的穿著並且先與鋰離子電池保持適當的安全距離,評估現場環境才能防止不必要的傷害。搶救過程中,消防人員待命區域的選擇也是一大課題,需選擇相對高處且上風處,避免有毒救災廢水與有毒氣體危害待命人員。
二、適當的通風環境
鋰離子電池火災通常會產生大量擁有可燃性、腐蝕性與毒性之危害氣體,在適當的條件下易引起燃燒甚至爆炸。若救災環境允許的話,請盡量建立有效通風,使救災環境能排除危害氣體,以降低危害因子,減少消防人員危害風險;如在密閉環境下,在建立任何開口時皆應特別注意,因內部環境已長時間悶燒,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)從而引發現場之快速燃燒或爆燃。
三、足夠的水源供救災使用
如果到達現場發現為鋰離子電池火災時,應考慮現場水源是否能有效滅火。因為鋰離子電池火災若僅撲滅其表面火焰,是無法完整中斷其化學反應,電池內部通常還會有極高的溫度,且鋰離子電池特殊的熱失控現象,會持續發生且容易產生再度復燃現象。為此,必須使用大量的水持續降溫,直至鋰離子電池內化學反應結束,才可避免造成再次復燃的可能。
四、搭配熱顯像儀進行救災
消防人員執行鋰離子電池火災的滅火攻擊時,可藉由熱顯像儀來監測溫度,以確保鋰離子電池溫度降至安全範圍,避免只撲滅表面火焰,而誤以為滅火完成而造成電池復燃現象。
五、電動車火災初期處理
如遇電動車、固定式充電站等鋰離子電池設備起火,應先移除附近可燃物避免火勢擴大延燒。且在安全狀況允許下同時聯絡業者,並應予以設備斷電,進而避免不必要的二次危害。就算是系統斷電,鋰離子電池本身還是會有餘電存在,故在搶救時應隨時注意,避免觸電危害。
依據桃園市政府消防局禍救助基礎班教材指出,電動車初期處理的基本流程應涵蓋:
1. 穿著完整個人防護裝備。
2. 建立安全作業區域。
3. 電動車車種的辨識,如果可以確認車種進而可參考內政部消防署網站的油電車緊急救援手冊進行搶救或原廠作業規定進行搶救。
4. 隨時利用聽覺、視覺等多種感官判斷潛在危險因子。
5. 穩固車輛。
6. 建立大量水源備援及在安全距離下進行滅火。
7. 依據現場救災資源及車輛狀況選擇適當滅火戰術(攻擊、防守、頂撐)。
8. 依據各車種執行斷電程序及人命救助。
9. TIC 持續觀察電池模組溫度。
10. 長時間的靜置觀察電池溫度有無升高、複燃。
好吧,看完之後就知道遇上鋰電池火警不是一般人可以輕鬆應對的,最好的辦法還是趕快打119,讓專業的消防隊來處理。
