Bränder i litiumbatterier: Vad fungerar og vad inte

Vad orsakar termisk kontrollbrist

Termisk kontrollbrist är en kaskad av felet inom batteriet. Ett utlösande händelsehållande höjer temperaturen; värmen accelererar sönderfallandet av elektrolyten; sönderfallandet frigör ytterligare värme och lättförbrännande gas. Denna cykel slutas i sig själv, och batteriet antingen ventilerar gasen eller exploderar.

De vanligaste utlösande händelsehållandena, i ungefär den ordning vi ofta stöter på dem:

Förhöjt prissattning eller fel laddare. Ojämn spänning eller ström driver batteriet bortom dess säkra gränser. Laddningsrelaterade incidenter står för majoriteten av branderna i litiumbatterier – det är den vanligaste orsaken. Fysisk skada. Skador, punkteringar eller krossningar förstör de inre separatörerna och orsakar kortslutning. Ett fallt batteri från en strømverktyg eller ett överkört e-bajkbatteripaket fungerar på samma sätt. Hög omgivningstemperatur. Värme accelererar de inre kemiska reaktionerna, även i ett annars intakt batteri. Ett batteripaket som står på instrumentpanelen i sommar behöver inga andra defekter för att brinna. Ålder. I takt med att batteriet åldras ökar den inre motståndskraften och förmågan att hantera termisk belastning minskar. Batterier som närmast är vid slutet av sin designlivslängd kan bli instabila under förhållanden som de klarade sig bra av när de var nya.

Varför standardextinguerser inte fungerar

Tre anledningar – och de påverkar varandra:

1. Reaktionen är självupprätthållande. En normal eld behöver syre från luften. En “bortslitande” litiumcell har sin egen oxidator inbyggd. CO₂-utsläckare ersätter omgivande syre och slår ner yttre lågor, men de kan inte nå in i cellen eller avbryta den inre reaktionen.
2. Tork kemikalier lämnar cellens inre varmt. Pulver slår ner yttre lågor, men har ingen effekt på att svalka inre delen av cellen. Resterna från dessa kemikalier skadar dessutom elektronik – vilket är viktigt om den brinnande batteriet finns inne i utrustning.
3. Återupplåsning är normalt, inte undantag. Yttre lågor kan vara utslagna, men cellens inre kan fortfarande vara hundratals grader varmt. Eldar har återupptagits timmar eller till och med dagar efter att de har “utsläckts”. All hjälp som endast slår ner lågorna är ofullständig.

Gasen utgör det fjärde problemet: Brinnande litiumceller frigör bland annat koldioxid och vätefluorid. Vätefluorid är det som skadar räddningspersonalen – håll avstånd och använd lämplig andningsbeskyddning.

Vad som faktiskt fungerar…

Det enda som verkligen hjälper till att stoppa en brinnande litiumcell är att använda rätt metoder som tar hänsyn till alla aspekter av reaktionen. Det innebär att man måste hantera både yttre lågor och den inre reaktionen i cellen.

Metod	Vad den gör	Vad den inte gör	Best för
Vatten (i stor mängd)	Fjarlar värme snabbare än reaktionen producerar den	Ingenting – det är den enda metoden som verkligen stoppar en utsprungen brand	Små celler; kylpaket af vilken storlek som helst
Inkapslerande tillsatsmedel	Kylar snabbt och innesluter brännbara gaser	Ej en fristående brandbekämpningsmetod	Bränder där vatten i sig skulle sprida det brinnande elektrolyten
Aerosol (baserat på kalium)	Avbryter den kemiska kedjereaktionen på sekunder	Liten kylverkning – risken fortfarande att branden slår igen upp	Innesluten utrustning, lagerrum
Brandfil	Blokerar lågan och strålevärme	Stopper inte den inre reaktionen	Små bränder, som mellanlag för evakuering eller vattenkylning

Vatten, i stort sett, er grunden för alle metoder. Det enda som kan stoppe en brinnande batteri är att avleda värme snabbare än reaktionen skapar den. Det innebär att batteriet måste blötläggas eller kylas kontinuerligt tills det är kallt att röra vid – inte tills lågorna har slutat brinna. För små batterier, som de i mobiltelefoner eller bärbara datorer, fungerar det att blötlägga dem i en skål. För större batterier måste de behandlas som en kylning, inte som ett släckningsverktyg.

Inneslutningsmedel (encapsulating agents) är särskilda tillsatser som blandas med vatten; de avleder värme snabbt och hindrar brännbara gaser från att få fyr. Detta minskar både värmen och rök, vilket är viktigt eftersom vanligt vatten kan sprida det brinnande elektrolyten.

Aerosolbekämpning använder kaliumbaserade föreningar som frigör fina partiklar och avbryter den kemiska kedjereaktionen som orsakar branden. Dessa system slår ner både enkel- och flercelliga bränder på sekunder – därför används de ofta i inneslutna anordningar och vissa lagringsanläggningar. De kylar dock betydligt mindre än vatten, så risken fortfarande existerar för att branden kan återuppta sig.

Brandskyddslæder är endast tillfälliga lösningar. En lättiumspecifik brandskyddslæder dämpar lågan och blockerar strålnande värme – det ger tid för att bekämpa små bränder, såsom bränder som uppstår i laptops eller e-bajkpaketer. Den eliminerar dock inte orsaken till den termiska explosionen, så den fungerar bara som en övergångsåtgärd till evakuering eller vattenkylning, aldrig som en slutgiltig lösning.

För stora installationer: skydda omgivningen och låt branden fortsätta. När en brand drabbar en batterirack eller en stor batteripack är det vanligt för brandbekämpningspersonalen att skydda det omgivande området och låta de drabbade batterierna brinna ut, samtidigt som de angränsande batterierna kyls. Detta beslut tas av brandbekämpningspersonalen, inte av anställda på anläggningen – men att känna till detta i förväg förhindrar den instinktiva reaktionen att försöka slå till mot en brand som inte kan slås.

Förebyggande: de regler vi använder i våra egna batteribokser

Vi levererar LiFePO₄-batterier (lithium iron phosphate) i våra gatulampor, og vi valde just denna typ av batteri av den här anledningen: Hitzeframkallade reaktioner („thermal runaway“) i LiFePO₄-batterier startar vid cirka 270°C i typiska celler, i tegenstelling till cirka 150–210°C för nickelbaserade lithiumbatterier (typiska industrivärden, beroende på kemisk sammansättning och format). LiFePO₄-batterier är inte brandfesta – ingenting i en batteri är det egentligen. Men detta ger oss en viss “marginal” (en säkerhetsreserv), og det är just denna marginal som ligger till grund för effektiva förebyggande åtgärder.

• Ladda med rätt laddare, under övervakning. Använd laddaren som levereras med enheten eller en laddare med identiska egenskaper. Låt batterier aldrig laddas över natten eller utan övervakning. Håll laddningsområdet ventilerat – ladda aldrig i en trång utrymme.
• Förvara kallt och med halv laddning. Vi rekommenderar en temperatur mellan 5–20°C för förvaring. För långvarig förvaring bör batteriet ha cirka 50% laddning, och kontrollera det regelbundet. Förvara aldrig batterier på instrumentpanelen eller nära värmekällor.
• Sluta använda batterier vid varningssignaler. Batterier som svuller ut, spricker eller läcker bör avfallsföras, inte repareras. Detsamma gäller för onormal värmeutveckling, allt längre laddningstider samt synlig kapacitetsförlust.
• Förvara via återvinning. Gamla batterier ska skickas till en återvinningsanläggning, aldrig i soptunnen. För företag som använder storskalig batteriförvaring är detta även en juridisk krav – planera regelbundna inspektioner av brandbekämpningssystemen.

Vad denna sida inte täcker:

(Denna text innehåller information om hur batterier ska användas och förvaras, men inte om specifika produkter eller tekniska detaljer.)

Denna sida behandlar beteendet av litiumbatterier vid brand samt de åtgärder som krävs vid sådana händelser, både för enkelbrytbara batterier och batteripaketer för konsument- och lättkommersiella användningsområden. Den omfattar inte designen av batterilagringssystem i storskalig användning (BESS), ingenjörskonsekvenser relaterade till efterlevnad av NFPA 855-standards, eller regler för transport av farliga material – dessa områden har sina egna regler och koder. För information om hur vi integrerar termisk skydd i våra produkter, se vår guide för batteri-omgivningstemperatur, eller för att beräkna behovet av batterier för ett system, använd batteribesäkringskalkylatorn.