近年来，锂离子电池以其能量密度高、功率密度高、自放电小和寿命长等优点，在电动自行车、电动汽车、电动工具、消费电子和储能等领域被广泛使用，拥有着广阔的市场应用前景。但是，频发的锂离子电池火灾事故，严重制约着锂离子电池在电动自行车、电动汽车、电池储能等领域的发展[1-3]。导致锂离子电池火灾事故的主要原因是：热失控。热失控是电池中发生的一系列不可控的链式放热副反应，引起电池内部温度急剧上升，进一步加剧放热副反应，导致电池安全阀打开、喷气、冒烟，甚至出现着火和爆炸等现象。

  1 锂电子电池着火与爆炸机理

  火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象[4]。

  1.1 燃烧四要素

  火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象[4]。

  1.2 着火与爆炸

  按照燃烧的条件和发生瞬间的特点，燃烧可以分为着火和爆炸[4]。着火是指可燃物和助燃物在较大的空间下进行的燃烧，或者是可燃物与助燃物（氧化剂）逐渐进行的燃烧。爆炸是指可燃物与助燃物在密闭空间内充分均匀混合后进行的燃烧。

  1.3 锂离子电池着火与爆炸的诱因

  锂离子电池着火与爆炸的诱因通常被分为以下三类：机械滥用、电滥用和热滥用[1]。

  （1）机械滥用

  由于碰撞、挤压或针刺等导致电池机械变形甚至隔膜部分破裂引发内短路。

  （2）电滥用

  外短路、过充、过放、大电流充电或低温充电等导致电池发生短路。

  （3）热滥用

  加热、暴晒等导致电池温度过高，导致SEI膜和隔膜等发生破坏，正负极短路。

  上述3类诱因的共同环节为内短路。实际上导致锂离子电池着火与爆炸的诱因还有：化学和材料滥用、设计和工艺滥用、制造和环境滥用等（如图1所示）。

图1 锂离子电池着火与爆炸的诱因

  1.4 锂离子电池着火与爆炸机理

  当锂离子电池存在各种滥用时，锂离子电池的温度会上升。图2是锂离子电池热失控中各种反应的反应温度范围和放热量[1]。

图2. 锂离子电池热失控中各种反应的反应温度范围和放热量[1]

  随着温度的上升，锂离子电池中的副反应状况：

  （1）0℃～45℃，副反应很少

  锂离子电池的通常使用温度在0℃～45℃，在这个温度范围内，锂离子电池副反应很少。

  （2）45℃～60℃，小电流下副反应也很少

  在45℃～60℃温度范围内，在小电流充放电情况下，锂离子电池副反应也很少。当电池温度达到45℃以上，要核查一下原因，查看电池有无异常，如有异常，及时断电和处理。

  （3）60℃～100℃，高温容量衰减

  随着电池温度上升，当温度高于60℃，电池中副反应增加，导致电池容量衰减。

  （4）80℃～120℃，固体电解质膜（SEI）分解

  一般认为SEI膜分解温度在80℃～120℃之间。当电池温度达到80℃，SEI膜开始分解反应，当电池温度达到90℃， SEI膜分解反应变得明显。

  （5）130℃～250℃，负极与电解液反应

  负极表面失去SEI膜后，负极与电解液中的碳酸酯类溶剂发生副反应，生成碳酸锂、乙烯、乙烷和丙烷等，放出大量的热，锂离子电池的温度继续上升。

  （6）120℃～270℃，隔膜关闭、收缩和分解，正负极短路

  当温度达到130℃时，PE隔膜开始熔化和热收缩，形成闭孔效应。当温度达到170℃时，PP隔膜开始熔化和热收缩，隔膜开始解体。当隔膜解体后，正极和负极会连接在一起，发生短路，放出大量热，电池温度进一步升高。

  （7）150℃～450℃，安全阀打开和气体喷出

  高温下，电池中会发生很多反应：电解质和溶剂分解反应、负极与粘接剂反应、正极与电解液反应、正极材料分解反应等，产生一氧化碳、二氧化碳、氟化氢、乙烯、乙烷、氢气和氧气等多种气体，电池内部压力不断增大。当电池内部压力大于安全阀开启压力，安全阀被打开，高温高压气体喷出。

  （8）350℃～650℃，喷出气体的着火和爆炸等过程

  喷出的气体中含有大量可燃气体，当遇到空气，温度达到燃点或有引火源时，满足燃烧的条件，就会着火并放出大量的热量，温度可高达900℃。如果可燃气体与空气在密闭空间内充分均匀混合，满足燃烧条件，就会发生爆炸。燃烧结束后，残余物会冷却至环境温度。

  1.5 锂离子电池着火与爆炸的蔓延机理

  单个电池在滥用（碰撞、过充、过热等）条件下，发生着火或爆炸后，释放出大量的热量，其中部分热量向周边电池进行传递，引起周边电池温度上升，引发周边电池内部发生副反应，甚至发生着火和爆炸，导致锂离子电池着火与爆炸的蔓延。

  2 锂离子电池着火与爆炸的防控

  锂离子电池发生着火或爆炸的防控措施如下：

  2.1 提高电池质量

  采用合格原材料、设计和制造工艺，确保电池的正极、负极、电解液、隔膜等材料的组成、结构和性能符合要求，提高电池、模组、电池包和电池系统的质量和安全防护。

  2.2 安装火灾预警、报警、灭火和应急疏散系统

  安装电池火灾预警、报警、灭火和应急疏散系统，对早期电池故障进行识别、预警和报警，启动应急疏散系统指引现场人员远离火。通过卷帘门和防火门等隔离设备，抑制火灾蔓延。同时，通过灭火系统，迅速控制和扑灭火灾。

  2.3 加强电池安全使用和管理维护

  采用正规厂家生产的合格电池，避免电池的各种滥用（碰撞、针刺、过充、过热等），加强管理。电池有异常时，要及时地断电并处理。

  2.4 发生火灾时的应对措施

  在发现电池出现冒烟、着火和爆炸等情况，要及时拨打“119”报警，报警时要说清地址、着火物、火势大小、报警人姓名和电话号码，并注意倾听和正确回答消防队员的询问。火势较小时，在保证自身安全的前提下，切断电源，用灭火器或水进行灭火。在火势较大或无法迅速控制火势的情况下，要立即撤离到安全地带，疏散人群，远离火灾现场并立即报警。

  3 逃生

  电池火灾会迅速产生大量高温有毒有害的气体和浓烟，如一氧化碳等。在电池发生火灾时，要尽快逃生。需要注意以下两个方面：

  3.1 保持镇定，积极应对火灾，尽快逃生

  首先要将生命安全放在第一位，远离电池火灾现场，如果无法逃离现场，要尽量寻找相对安全的地方等待救援。逃生时，要保持镇定，做出正确的逃生决策，如果发现决策错误，要立即改正。不要贪恋财物，不盲目从众。有条件时，在确保自身安全的情况下，积极进行灭火，移走可燃物，关闭门窗，阻止火灾蔓延，用水或水龙头或消火栓进行灭火和降温，扩大生存空间和逃生通道。同时，通知区域内人员火灾情况，做好应对措施，有序逃生。

  3.2 防触电、防毒气、防灼伤和防爆炸

  在逃生时，要尽量避开气体、烟雾、燃烧和爆炸区域和空间，并戴好防护器具。如果没有防护器具，要屏气并迅速离开现场，不可乘坐普通电梯，到达安全区域再呼吸。及时切断电源，防止触电。

  锂离子电池正深刻地影响着我们的日常生活，改变着我们的生活方式。未来，锂离子电池还有很多的潜力等待我们去发掘，但是锂离子电池的安全性管理工作已经刻不容缓。在使用锂离子电池的过程中，要加强电池安全使用和管理维护。在发生电池火灾的时候，要沉着冷静，在保证生命安全的前提下，积极灭火。在逃生过程中，做好自身防护，防止触电、灼伤等事故的发生。