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锂离子电池储能系统安全技术研究及消防策略优化

2025-04-15

一、锂离子电池储能安全现状及挑战

随着"双碳"战略的推进,锂离子电池储能系统在电网调峰调频、分布式发电及微电网等领域已实现GW级规模应用。然而,该技术采用的碳酸酯类有机电解液(闪点<33℃)与高活性正极材料(热值>2000 kJ/kg)的组合存在显著安全隐患。据统计,2020-2022年全球公开报道的储能电站火灾事故中,锂电系统占比达78%,其中2021年北京丰台储能电站爆炸事故造成2名消防员殉职,暴露出传统消防系统的重大缺陷。

二、热失控机理与消防技术瓶颈

锂电热失控本质是链式放热反应的失控演变过程:当电池内部温度突破90℃阈值,LiPF6分解触发SEI膜解体(100-150℃),继而引发负极材料与电解液反应(150-200℃),最终导致隔膜熔融短路和正极材料剧烈分解(>300℃),整个过程可在120秒内形成1000℃高温火球。现有七氟丙烷灭火系统虽能通过窒息等作用扑灭明火,但实验数据显示其存在三重缺陷:①无法阻断电芯内部持续放热(灭火后最高温升达280℃);②复燃率高达67%(20分钟内);③温室效应潜能值(GWP)达2050,不符合环保要求。

于东兴等人论文《七氟丙烷扑救锂离子动力电池火灾有效性研究》以磷酸铁锂动力电池为研究对象,分别开展了用七氟丙烷扑救电池单体和模块火灾试验。实验表明浓度10%七氟丙烷可以扑灭电池火灾明火,浸渍20 min内未发生复燃,但其间电池热失控未得到有效控制。张明杰等人论文《七氟丙烷对磷酸铁锂储能电池的灭火效果》以磷酸铁锂储能电池为实验对象,研究了自由膨胀、夹板限定膨胀的空间条件下,七氟丙烷灭磷酸铁锂储能电池火灾过程中温度、电压的变化并分析灭火效果。现阶段应用于锂电池储能系统消防的七氟丙烷能使锂电池迅速隔绝空气而灭火,但锂电池自身热失控仍然在继续,极易发生复燃和爆炸,且七氟丙烷对环境存在污染。

三、新型灭火剂技术突破与应用验证

针对传统灭火剂的技术瓶颈,3F-165N锂电专用抑制剂通过分子结构创新实现多模协同灭火。该类抑制剂首次合成了能够快速组灭明火和持续抑制复燃的新型灭火剂关键组分,对于锂电池火灾具备快速组灭明火、持续降温抑制复燃、绝缘、防腐蚀、清洁高效等特点,能够3s内扑灭锂电池明火,15s内降至室温以下,且72h不复燃,实现产业化并投运装机容量超过500MW。

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