近日，CFIC2026中国消防安全产业大会隆重召开。中国科学技术大学 火灾安全全国重点实验室副教授段强领围绕在大会上作了《锂电池热失控火灾特性及其防控技术》的主题报告。
他阐释了锂电池热失控发生机理，分析锂电火灾燃烧速度快、复燃风险高等典型特征，从热抑制、阻隔防护、早期预警等维度介绍防控技术路径，为储能、电动车等场景锂电池火灾风险防控提供理论指导。
以下为现场实录：
尊敬的各位领导，各位专家，各位同行，大家上午好。非常高兴受到慧通消防网的邀请参加中国消防安全产业大会，并祝贺大会顺利召开。我本人来自高校，主要从事科学研究和技术开发工作，主要研究方向是电池热安全理论及消防技术。今天主要分享的主题是锂电池热失控火灾特性及其防控技术报告，主要包括以下四个部分。
锂电池的应用及其安全问题
首先，介绍锂电池的应用及其安全问题。锂电池具有高比能、循环寿命长、无记忆效应等优点，在日常生活中应用广泛。从消费电子产品到动力电池，锂电池已渗透到生活各方面。
右边图表展示了全球锂电池出货结构示意图。从图中可以看出，近年来，无论是国内还是全球，锂电池的生产和应用量都快速增长，特别是在动力电池方面的应用非常广泛。
锂电池作为新能源汽车的能量载体，支撑了我国新能源汽车从汽车大国迈向汽车强国的过程。从左边图表可以看出，我国新能源汽车的年销量和市场渗透率持续提升。从2020年的仅136.7万辆，到2025年已增加十多倍，达到1649.9万辆。渗透率基本超过50%，即现在每卖出的每辆车中，有一半是电动汽车或新能源汽车。另一方面，电动汽车保有量也持续快速增长，未来电车将在大街上随处可见。因此，对锂电池的需求非常大。
作为能源储存的载体，锂电池也是支撑新型储能快速发展的关键技术。目前，新型储能技术已超过抽水蓄能，成为我国最大的储能类型。在新型储能中，锂电池是最核心的储能载体，锂电池占比将近98%。
右边图表也展示了我国新型储能市场的装机规模呈现指数级快速增长，对锂电池的需求非常大。另一方面，随着电池能量密度的进一步提升，锂电池也在快速向日常生活中的各行各业推进，如电动船舶、无人机或低空飞行器以及未来的智能机器人等都会广泛应用锂电池。因此，对高能量密度锂电池的需求也快速增长。
锂电池的具体组成形式是怎样的呢？它是一个复杂的电化学体系，主要包括正极、负极、电解液、隔膜等一系列构件组成。对于正极材料，包括钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等，负极材料如石墨、硅、碳，以及未来的锂金属电池等。电解液通常由锂盐和一些碳酸酯类有机溶剂组成，隔膜主要由聚乙烯、聚丙烯等材料组成。从电池的组成成分来看，电池内部包含易燃的有机溶剂，增加了电池发生火灾的风险。另一方面，电池在一定不利的应用条件下，可能会触发内部发生副反应，导致电池不断产热，进而引发电池热失控。锂电池在提供高效能源的同时，也带来了潜在的火灾安全风险，特别是在机械耐用性、使用不正常或电池长期老化、有故障的情况下，可能诱发电池热失控，最终引发火灾爆炸事故。
锂电池在新能源汽车或储能领域发生的火灾爆炸事故已较为常见。从早期电动大巴到乘用车的一系列着火事故可以看出，电池火灾不仅会造成严重人员伤亡，还会引发人们对新能源汽车安全的恐慌。新能源汽车发生火灾的场景多样，包括充电、行驶甚至停放过程中都可能起火。总之，随着新能源汽车保有量或使用量的快速增长，相应火灾事故也呈增加趋势。但总体来看，随着近年来对新能源汽车特别是电池质量管控的提升，以及监测预警技术的应用，电池起火概率呈下降趋势。
在储能方面，锂电池应用在储能领域也有相关火灾爆炸事故的发生。例如，韩国充电站发展较早，有相关数据统计发现，早期储能电站起火次数较高，经计算每年发生火灾的概率高达1.5%，这一概率非常高。近年来，我国锂电池储能行业快速发展，因此需要对安全问题给予高度关注。
对于电化学储能火灾事故，已进行相关分析，包括电池种类。起初，热失控更多发生在三元锂电池上，像美国、韩国占了80%，近年来随着磷酸铁锂逐渐占据储能主导地位，也有相应事故发生。事故发生时段包括调试、充电等各个环节。另一方面，除了火灾，电池在热失控过程中还可能发生爆炸，因为电池会产生大量可燃气体。若这些气体在受限空间聚集，可能引起爆炸。因此，安全问题仍是电化学行业发展的痛点和瓶颈。
锂电池热失控的火灾动力学特性
接下来，我想汇报一下锂电池热失控的火灾动力学特性。
影响电池热失控火灾的因素主要包括电池的带电量、荷电状态、容量大小、外界环境温度以及电池自身的电极材料和电解液成分，这些因素都会对电池的火灾危险性产生影响。
针对电池热失控的机理和火灾特性，我们可以通过大量实验手段进行测量。例如，可以利用绝热加速量热仪开展电池热失控相关测试，获取电池热失控的自产热温度、热失控临界温度和发生热失控的最高温度等特征参数。这些特征参数为电池热失控的防控、监测和预警提供基础，也便于我们揭示电池热失控的氧化机制。
给出了一个典型的三元锂电池发生热失控过程中的温度变化特征曲线图。通过该图，我们可以知道电池在90.6摄氏度时开始自产热，在134.5摄氏度时发生热失控，然后在更高温度时发生电子内短路。
在157.6摄氏度时会发生电磁热失控，热失控后，电池温度基本呈指数形式快速增加。同时，电磁热失控后，有可能造成火灾甚至爆炸。为此，我们搭建了标准的大型电池火灾危险性测试平台。利用红外气体分析仪、军型联络仪、温度采集仪以及摄像机等，获取电池在热失控火灾发生过程中的产气浓度、表征火灾危险性的热释放速率，以及相关温度、电压、热失控行为等特性参数。
我们给出了磷酸铁锂和三元锂电池发生火灾时的典型火灾行为特征，可将其划分成四个阶段。第一阶段，电池在滥用或加热条件下不断受热，发生内部副反应，产生大量可燃气体，导致电池膨胀。当电池膨胀至泄露出泄压阀，打开泄放出可燃气体，在满足着火条件下，首先出现第一次射流火，随后电池进入稳定燃烧阶段。对于电池火灾，还有一个特殊现象，即电池可能出现多次射流火焰。最终，随着可燃物燃烧殆尽，火焰逐渐熄灭。
我们还进一步分析了电池的热释放速率与核电状态之间的关系，以及电池容量和核电状态增加与点燃、燃烧时间之间的关系，以及电极材料改变对电池点燃或燃烧时间的影响。进一步来说，电池在使用过程中，通常通过串并联形式形成电池模组或电池系统来使用。
当电池系统内一块电池发生热失控后，整个电池系统内的火灾是如何蔓延的？热失控是如何传播的？为此，我们搭建了相关大尺度、全尺寸的电池模组火灾测试平台，用于研究电池热失控火灾及其蔓延规律。系统研究了不同型号、形状、核电状态、连接方式的电池模组的热失控传播行为及火灾特性。
我们给出了实验过程的图片，展示了电池在加热条件下发生热失控、传播的过程，包括受热、泄压、着火、稳定燃烧以及火焰逐渐熄灭等过程。还进一步分析了电池热失控传播的内在机理，包括发生热失控的电池通过导热、热辐射、热对流等形式向下游电池传递热量，使其温度不断升高，最终诱发热失控。同时我们也分析了火灾爆炸可燃气体的来源，发现可燃电解液在整个可燃物里面占最高的一个比例，另一方面还有一些可燃的气体，像氢气以及其他的一些烷烃类也占有相当高的比例，这也都是导致这个电池发生火灾的最主要的一个材料的一个来源。
同时我们也分析了这些气体到底是怎么来的，它的内产生的内在的一个机制，包括首先它有可燃的有机溶剂，它的一个电解液里面的有机溶剂，在这个电磁热失控过程中会喷发到外面，所以会形成可燃的一个混合物。 另一方面还有一氧化碳，氢气，甲烷，乙烯等等一系列的烷基类的物质，它的一个形成，当这个电池把这个可燃的一个物质排放到电池外面之后，跟空气混合，在高温的条件下，或者有火星存在以及电子性能连出现拉弧等等都有可能形成点火源，从而诱发火灾的一个产生。
锂电池火灾防控技术进展
第三部分想谈一下关于锂电池火灾防控技术相关的一些进展。
首先我们团队也提出了关于锂电池系统火灾安全的三道的技术防线，也就是从这个本体安全、过程安全、消防安全这三个维度来保证整个电子系统的安全。本体安全就是希望研发出更高安全的电池，通过对这个电解液进行改性，通过电极材料进行改性来降低电池发生热失控风险以及它发生这个事故的这样的一个概率。在过程安全里面，希望监测在电子应用过程中热失控的一些前期特征信号，我们提取出来，及时的发出早期的预警和报警来把这个电磁发生热失控或火灾来扼杀在这个萌芽的状态。
那么对于消防安全，我们更多的主要从这个灭火处置的一个角度，特别是针对电池容易发生的这样的一个多次收流火，我们开发出这个高效灭火抗复燃的技术来防止相应的一个小火，防止它酿成更大的一个灾害。那么具体来讲，包括我们对这个电池材料进行相应的一个改进，比如它的一个正负极高性能掺杂安全的电解液的开发，无机隔膜的这样的一个开发，来降低电池失效的一个概率。 那么在电池应用的过程中，我们要对这个电池它的一个健康状态进行实时的一个监测和评估来，并且发现一些电池组故障的一些诊断技术，及时发现相应的一些隐患。另一方面，也对这个电池早期的一些信号进行捕捉，比如我们现在可以用这个单对单次电池做超声无损检测光纤的原位监测，以及电话阻抗的这样的一个监测，发现早期的这样的一个热失控的一些故障的一些信号。
还有我们也可以通过发展相应的这些高效的一些热管理技术，以及开发在常温条件下可以散热，高温条件下可以热阻隔的这样的一个热管理和热阻隔耦合技术，来保证电池应用过程中的一些安全。以及我们对有可能发生的热失控火灾来开展相应的预警和报警，这个就可以通过在早期，我们通过大量的一些实验研究来获取电磁发生热失控的一些特征信号。再结合我们相应的热识控的预警模型来最终对热失控进行相应的预警和火灾的报警。
同时，我们开发出了电池消防技术，包括利用全氟己酮灭火剂及程控释放方法，提高电池降温效率，进一步提升电池快速灭火、降温及抗复燃能力。相关技术已在电动汽车和储能领域得到广泛验证。此外，我们还利用液氮技术抑制电池热失控后的可能爆炸问题，并开发出相关技术装备，取得了较好效果。通过相关技术和方法，我们进一步研发出电动汽车、储能电站的预警、报警、消防技术联动和耦合产品和方法，并实现了大规模工程应用。
锂电池系统安全技术展望
最后，对电池系统安全进行展望：一方面，我们要研究更高安全的储能电池，从电池材料体系和结构设计方面进行改进，进一步降低电池失效概率。
另一方面，要发展早期故障诊断技术和预警技术，及时发现早期故障或隐患信号，将电池热失控或火灾风险关口前移，防止灾害扩大。
此外，我们还要进一步将热管理、故障探测、预警、灭火协同一体化技术耦合应用到相关电子系统中。另外，要基于互联网和大数据等正在大力发展的技术，形成电子系统的智能安全管理平台，实现对电子系统的远程监控、智能预测、分级预警、高效处置，最终保证系统安全。
以上就是我的汇报，感谢各位专家的聆听，敬请批评指正。
