近年来,国内外发生的电力储能系统火灾引起大家对锂电池储能系统的普遍关注。据不完全统计,全世界范围内锂电池储能火灾安全事故在过去的一年内发生超过30起,造成了重大的财产损失。因此,在锂离子电池成本降低到商业化的拐点后,储能系统的消防安全问题就成为制约锂离子电池电力储能大规模推广的关键瓶颈。
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1 锂离子电池火灾特征分析
1.1 锂离子电池火灾机理分析
锂离子电池从结构上看,密闭的空间存储大量的能量,具有危险的本质,而“热失控”是导致锂离子电池安全隐患的根本原因,有机小分子引发的副反应的链式反应导致电池热失控的发生。
锂离子电池的热失控机理包括三个阶段:
第一阶段:锂电池热失控初期阶段。由于内外因素引起电池内部温度升高至90~100℃,负极表面的SEI钝化层分解释热量引起电池内部温度快速升高;当温度达到135℃时,隔膜开始融化收缩,正极与负极之间相互接触造成短路,从而引发电池的持续放热。
第二阶段:电池鼓包阶段。在温度约为250-350℃时负极C6Li或析出的锂与电解液中的有机溶剂发生反应,挥发出可燃的碳氢化合物气体(甲烷﹑乙烷),伴随大量产热。
第三阶段:电池热失控,爆炸失效阶段。在这个阶段中,充电状态下的正极材料与电解液继续发生剧烈的氧化分解反应,产生高温和大量有毒气体,导致电池剧烈燃烧甚至爆炸。
1.2锂离子电池电力储能系统火灾特征及蔓延特征
储能电池系统由十几组电芯以串并联方式构成电池箱,接着电池箱进行串联连接成电池组串,随后电池组串通过并联集成系统安置在一个储能电池柜内。
火灾蔓延过程,主要是由于首节电池单体热失控,通过热传质、热辐射引发相邻电池单体相继发生热失控,最终导致整个锂电池储能系统的发生火灾事故。
锂离子电池储能系统火灾具有与众不同的特点:(1)燃烧激烈﹑热蔓延迅速;(2)毒性强﹑烟尘大﹑危险性大;(3)易复燃﹑扑救难度大。
2 锂离子电池储能消防安全分析
2.1锂离子电池储能系统技术规范适用性不足
目前全球范围内已发布的一系列关于锂离子电池储能系统现有技术的相关标准,大多处于制定和摸索阶段。针对锂离子电池储能系统,从安全保障体系的角度,还需加大锂离子电池安全性技术研究力度,建立与电力储能应用相适应的标准体系。