锂电池事故诱发因素分析及风险等级评估

2022-11-15黄辉曹蕊蕊张文浩

科技创新与应用 2022年32期

黄辉，曹蕊蕊，张文浩

（1.重庆安全技术职业学院，重庆 404000；2.中国安能集团第三工程局有限公司重庆分公司，重庆 404000）

目前，科技的发展日新月异，越来越多的高科技产品给人类带来了诸多便利，像生活中经常接触到的手机、笔记本电脑、电动车、新能源汽车、医疗器材和无人机等产品，已经成为日常生活的必需品。这些产品大都采用锂电池作为动力来源，由于锂电池本身的化学特性，由锂电池引发的公共安全事件与日俱增。2021年9月，北京通州发生一起电动车锂电池在室内充电时爆炸引起火灾的事故，造成5人死亡[1]；2021年4月，香港秀茂坪一住户客厅内电动按摩椅的锂电池因线路问题引发火灾事故，造成4死2伤[2]；2020年7月，上海闵行区一家面馆疑似发生锂电池燃烧事故，造成2死2伤[3]。以上类似事故在新闻上屡见不鲜，轻则导致财产损失、人员受伤，重则人身伤亡，甚至还会出现群死群伤的重大事件，因此锂电池引发的安全事件己经成为威胁公众生活的重要隐患之一。

锂电池事故频发的同时，国内学者对锂电池引发的安全问题也做了大量研究。中国电力科学研究院惠东等[4]把与锂电池安全的相关的国内外专利加以分级分类，提出了锂电池安全防护技术的发展方向；中国电力科学研究院高飞等[5]为了评估锂电池的火灾危险性，分析了锂电池关键组件的燃烧性和生烟性，得出了关键组建的火灾危险指数；3M（中国）公司米欣等[6]设计并论证了新型灭火剂Novec1230提升电池组安全性的实验方案。关于锂电池安全的研究还有很多，但是大部分研究主要集中在对锂电池某一性能的研究，对于锂电池事故诱发原因、事故可能引发的后果、事故等级等方面的研究还没有。

本文从公众安全视角出发，分析诱发锂电池安全事故的因素，用鱼骨图形式清晰地表达出来，总结这些因素可能导致的事故类型，用半定量评级法（LEC）对事故后果进行量化，提出锂电池安全事故主要防范方向。

1 锂电池事故原因分析

根据最近2018—2021年锂电池行业发展报告，以及网络报道出来的锂电池事故数据等信息，总结锂电池事故的诱发因素，从安全管理的人、物、管、环对这些因素进行分类归纳。统计数据显示，锂电池事故主要分成自燃、爆炸和电解液泄漏3类。

（1）锂电池自燃。自燃事故是最常见的锂电池事故，由于人为操作不当、电池设计缺陷、质量不达标及工作环境潮湿等影响，锂电池内部正负极发生短路现象后引发自燃，进而点燃周围可燃物引发火灾事故。最近几年的统计信息中，锂电池自燃事故高居所有事故的首位。

（2）锂电池爆炸。锂电池爆炸事故常见于锂电池加工、制造、运输和充放电等环节当中，出现爆炸事故的主要原因是电池内部空间狭小，一旦遇到电池短路现象，内部温度将会快速升高，电池内部液体受热后体积快速膨胀，内部压力增大到一定程度后引起爆炸。特别是在充电过程中锂电池最容易发生爆炸事故，例如特斯拉Model S自2012年上市以来，全球范围内引发了不下50起燃烧或爆炸事故，其中大多数燃烧或爆炸事故都与电池有关系。

（3）电解液泄漏。锂电池外壳不坚固，在挤压、碰撞、内部碰撞及内部腐蚀等因素影响下外壳破裂，导致腐蚀性电解液泄漏出来，引发人身伤害或者环境污染事件，电解液泄漏事故多发于废旧锂电池回收再循环利用环节[7]。

锂电池事故诱发因素以及可能导致的事故和衍生事故见表1。

表1 诱发锂电池事故的危险有害因素

2 锂电池事故诱发因素的鱼骨图

鱼骨图又称因果图，是一种常用的发现根本原因的分析方法，安全学领域常用鱼骨图来找出引发事故的根本原因。鱼骨图分析法有4个优点：一是结构性强，展示的问题清晰明了；二是便于理解前后的因果关系；三是可以全面分析各种问题，不只局限某一方面；四是解释问题的实质，个人观点影响小。

对锂电池事故诱发因素进行了汇总，从安全管理的人、物、管、环对这些因素进行分类归纳，借助鱼骨图分析法对锂电池事故诱发因素进行，得到锂电池事故诱发因素鱼骨图分析模型，如图1所示。

图1 锂电池事故诱发因素鱼骨图分析模型

3 锂电池事故诱发因素风险等级评估

为了量化锂电池事故诱发因素风险大小，用LEC评级法计算出每个诱发因素引发事故的风险等级。LEC评级法3个参数的取值，主要是参考了2019—2021年全国新能源汽车锂电池事故的数据，2021年全国发生共发生新能源汽车锂电池自燃或爆炸事故约82起，平均每月6.8起；2020年共发生事故约76起，平均每月6.3起；2019年共发生事故约64起，平均每月5.3起，经济损失平均为每起22.7万元，伤亡人数每起0.04人。引发事故的主要原因有：碰撞、工作环境温度高、人不正确使用、电池质量不合格及电池达到使用寿命。根据以上数据，用LEC评价法评估锂电池事故诱发因素风险等级见表2。