隨著科技的快速發(fā)展,能量運用的方式也逐漸改變,由傳統(tǒng)插電式設備進步到儲能系統(tǒng)式設備,而目前又以鋰離子電池使用較為廣泛,所以造就了「鋰離子電池」的使用越來越常出現(xiàn)在日常生活中的每個角落,輕巧到可攜式的電子產(chǎn)品如手表、電腦、行動電源、耳機、相機、手機等,大到交通運輸工具如電動機車、電動汽車、飛機用電池、太陽能及風力發(fā)電的儲能柜等都可以發(fā)現(xiàn)它的蹤跡。隨著臺灣近幾年強力推廣綠電發(fā)展,儲能系統(tǒng)必定會是未來建設與相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。近年來,世界各國皆強力推動節(jié)能減碳政策,在各國科技研發(fā)團隊的開發(fā)下,「鋰離子電池」因具有能量密度高、循環(huán)使用壽命長、無記憶效應等好處,因而帶動全球「鋰離子電池」相關應用市場發(fā)展快速,使得鋰離子電池不僅在價格、技術(shù)及應用特性上亦被廣泛使用在各項民生產(chǎn)品,相對的劣質(zhì)產(chǎn)品亦充斥在整個市場也產(chǎn)生了另一種災害發(fā)生的隱憂。
鋰離子電池所引起的火災,在我們生活周遭充滿了潛在的風險與危害。對于第一線進行災害搶救的消防人員來說,此類型火災與一般火災在滅火性質(zhì)上有極大的不同,如果消防人員在未知的環(huán)境下,以處理一般滅火方式執(zhí)行搶救,可能會造成嚴重的危害。因此,如何小心應對鋰離子電池火災,相信會是我們未來需要迫切去面對的重要課題。
鋰離子電池基本認識
所謂「知己知彼,百戰(zhàn)百勝」,我們從鋰離子電池的基本構(gòu)造開始介紹,其主要的構(gòu)造由:正極、負極、隔膜、電解液(鋰鹽加有機溶劑構(gòu)成)組成,如果依其組成常見的分類如下述:
一、磷酸鐵鋰電池:
系指以磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。其特色為不含鈷等貴重元素,原料價格低且磷、鐵存在于地球資源含量豐富,不會有供料問題,其工作電壓適中,單位重量下電容量大的高放電功率,可快速充電且循環(huán)壽命長,在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。
相較目前常見的三元鋰電池來說,磷酸鐵鋰電池至少具有以下優(yōu)點:安全性高、使用壽命長、不含任何重金屬和稀有金屬(意即原材料成本低)、可快速充電、工作溫度范圍廣。因此,世界電動車霸主TESLA 也由三元鋰電池轉(zhuǎn)向以磷酸鐵鋰電池為動力使用。
但磷酸鐵鋰電池也存在一些性能上的缺點:壓實密度很低,導致鋰離子電池的能量密度較低;雖然材料取得成本較低,但半成品的制造及準備與電池的制造成本卻相對較高;產(chǎn)品一致性差及低溫時性能會明顯受到影響等。
二、三元鋰電池:
正極材料常使用鎳鈷錳酸鋰(Li〈NiCoMn〉O2),負極通常是石墨。能量密度大,因此常被廣泛使用。三元鋰電池主要有鎳鈷鋁酸鋰電池,但由于鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,致使易產(chǎn)生高溫,進而引發(fā)危險,也因此其安全性問題常受到懷疑。
之所以會有這樣的原因是由于,即使磷酸鐵鋰與鎳鈷錳酸鋰這兩種材料都會在到達一定溫度時發(fā)生分解,不過三元鋰材料相比于磷酸鐵鋰電池會在較低溫下發(fā)生分解,且三元鋰材料的化學反應較為劇烈,可能會釋放氧分子,于高溫作用下電解液迅速燃燒,發(fā)生連鎖反應。換句話說,就是危險品三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。
正因為三元鋰材料有這樣的安全隱患,因此根據(jù)三元鋰材料容易熱解的特性, 廠商為抑制事故發(fā)生, 在過充保護(Over voltage protection, 簡稱OVP), 過放保護(Under Voltage Protection , 簡稱UVP ), 過溫保護(Over Temperature Protection , 簡稱OTP),過流保護(Over Current Protection,簡稱OCP)這幾個安全保護措施上都下不少的功夫,以防止三元鋰電池之燃燒。
運輸方式
運輸方式包括空運、水運、陸運,至此主要討論的是最為常用的航空運輸、海洋運輸。由于鋰是一種特別容易發(fā)生化學反應的金屬, 易延伸和燃燒,包裝和運輸,如處理不當, 易燃燒和爆炸, 事故也時有發(fā)生。其包裝和運輸中的非規(guī)范行為而導致的事故越來越受到重視, 國際上多個機構(gòu)頒布有多個規(guī)定,各管理機構(gòu)也愈發(fā)嚴格,提高操作要求,不斷的修改規(guī)定和法規(guī)(如:IATA針對運輸每兩年就修改一次規(guī)定)
中文名:鋰離子電池
外文名:Lithium battery transportation
運輸方式:海洋運輸、航空運輸、多式聯(lián)運
應用領域:手機、筆記本電腦、Ipad、汽車等
發(fā)明者:愛迪生
運輸要求
運輸包裝
1. 在不考慮例外的情況下,這些電池必須遵守規(guī)則里(DGR 4.2 適用的包裝說明)的限制進行運輸。它們必須依據(jù)適用的包裝說明指導裝在DGR 規(guī)則所規(guī)定的UN規(guī)格包裝里,并在包裝上完整的顯示對應編號。
2. 符合要求的包裝, 除標有適用的正確運輸專用名稱和UN 編號的標記外,
IATA9類標簽還必須貼9類危險性標簽 。
3. 托運人須填寫申報單; 提供相應的危包證;提供獲得認證的第三機構(gòu)出具的運輸鑒定報告,并顯示為符合標準的產(chǎn)品(含UN38.3測試, 1.2米的跌落包裝試驗)。
航空運輸要求
1. 電池須通過UN 38.3測試要求, 及1.2米的跌落包裝試驗
2. 托運人提供的申報文件, 標注UN編號
3. 外包裝均須貼9類危險品標簽 ,貼有“僅限全貨機運輸”操作標簽
僅限全貨機運輸
4. 其設計應保證在正常運輸條件下防止爆裂,并配置有防止外部短路的有效措施。
5. 堅固的外包裝, 電池應被保護以防止短路,在同一包裝內(nèi)須預防與可引發(fā)短路的導電物質(zhì)接觸。
6. 電池安裝在設備中運輸?shù)念~外要求:
a. 設備應進行固定以防止電池在包裝內(nèi)移動,包裝的方式應防止電池在運輸途中意外啟動。
b.外包裝應能夠防水,或通過使用內(nèi)襯(如塑料袋)達到防水,除非設備本身的構(gòu)造特點已經(jīng)具備防水特性。
7. 鋰電池應使用托盤裝載, 避免搬運過程受到強烈振動,托盤的各垂直和水平邊使用護角保護。
8. 單個包裝重量小于35 kgs。
9. 航空公司操作注意:
l 僅限全貨機運輸
l 空運信息出現(xiàn)在機長通知單上
l 增強機組意識和在緊急情況下的決策可能因此改變
l 告知第一到場人員貨艙內(nèi)電池的種類和數(shù)量l 美國FAA要求鋰電池應裝載在飛機貨艙等級為C級貨艙內(nèi), 貨艙內(nèi)須有煙霧探測系統(tǒng), 報警系統(tǒng), 滅火系統(tǒng)。
海洋運輸要求
1. 電池須通過UN 38.3測試要求, 及1.2米的跌落包裝試驗。
2. 外包裝均須貼9類標簽, 標注UN編號3. 其設計可保證在正常運輸條件下防止爆裂,并配置有防止外部短路的有效措施。
4. 堅固的外包裝, 電池應被保護以防止短路,在同一包裝內(nèi)須預防與可引發(fā)短路的導電物質(zhì)接觸。
5. 電池安裝在設備中運輸?shù)念~外要求:
a. 設備應進行固定以防止在包裝內(nèi)移動,包裝方式應防止在運輸途中意外啟動。
b. 外包裝應能夠防水,或通過使用內(nèi)襯(如塑料袋)達到防水,除非設備本身的構(gòu)造特點已經(jīng)具備防水特性。
6. 鋰電池應使用托盤裝載, 避免搬運過程受到強烈振動,托盤的各垂直和水平邊使用護角保護。
7. 鋰電池裝載集裝箱內(nèi)須進行加固, 加固方式和強度應符合進口國的要求(如: 美國境內(nèi)有美國鐵路協(xié)會, 美國協(xié)會, 北美爆炸物管理局, 聯(lián)邦汽車運輸安全管理局, 美國海岸防衛(wèi)隊, 美國運輸
9類美式加固法部和 《海上運輸規(guī)則》有相關規(guī)定), 若因發(fā)貨人疏忽加固或加固不當, 在目的港將被扣箱, 并發(fā)生碼頭的操作費、堆存費、移箱費、重新加固等高額的費用。
8. 出口北美地區(qū)需在集裝箱四周規(guī)定位置粘貼9類標簽
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