Bränder i litiumbatterier: Vad som fungerar och vad som inte fungerar

Vad orsakar termisk överdrift?

Termisk överdrift är en kaskad av fel inom batteriet. Ett utlösande faktor höjer temperaturen; värmen accelererar sönderfallandet av elektrolyten; sönderfallandet frigör ytterligare värme och brännbar gas. Denna cykel slutas i sig själv, vilket leder till att batteriet lossnar gaser eller brinner.

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

Överdriven betalning eller fel laddare. Ojämn spänning eller ström driver batteriet bortom dess säkra gränser. Laddningsrelaterade händelser står för majoriteten av branderna i litiumbatterier – det är den vanligaste orsaken. Fysisk skada. Slag, punkteringar eller förkrossning förstör de inre separatörerna och orsakar kortslutningar. Ett fallt batteri från ett elektriskt verktyg eller ett överkört elcykelbatteripaket fungerar på samma sätt. Hög omgivningstemperatur. Värme accelererar de inre kemiska reaktionerna, även i ett annars intakt batteri. Ett batteripaket som står i solsken på en bilpanel under sommaren behöver inga andra defekter för att brinna. Ålder. I takt med att batteriet åldras ökar den inre motståndet och förmågan att hantera termisk belastning minskar. Batterier som närmar sig slutet av sin livslängd kan bli instabila under förhållanden som de klarade sig bra med när de var nya.

Varför standardextinguerser inte fungerar Tre anledningar – och dessa påverkar varandra:

1. Reaktionen är självupprätthållande. En vanlig brand behöver syre från luften. En “bortslitande” litiumcell har sin oxidator inbyggd i sig. CO₂-utsläckare ersätter det omgivande syret och slår ner de yttre lågorna, men de kan inte nå in i cellen eller avbryta den inre reaktionen.

1. Torka kemikalier lämnar cellkärnan varm. Pulver som används för att släcka lågorna på ytan gör ingenting för att svalka inre delen av cellen. Resterna från dessa kemikalier kan dessutom skada elektronik – vilket är viktigt om den brinnande batteriet finns inuti utrustning.

1. Återuppväckning är norm, inte undantag. Yttre lågorna kan vara utslagna medan cellkärnan fortfarande har temperaturer på hundratals grader. Bränder har återupptagits timmar eller till och med dagar efter att de tidigare har släckts. All insats som endast slår ner lågorna är ofullständig.

1. Gasen utgör ett ytterligare problem. Brinnande litiumceller frisätter bland annat koldioxid och vätefluorid – och det är vätefluorid som kan skada räddningspersonalen. Håll avstånd och använd lämplig andningsskydd.

Vad som faktiskt fungerar för att bekämpa dessa bränder?

För att effektivt bekämpa bränder av litiumceller krävs metoder som inte bara slår ner lågorna utan också avbryter den inre reaktionen i cellen. Detta kan uppnås genom användning av speciella utrustningar eller kemikalier som kan avbryta den oxidativa processen. Dessutom är det viktigt att räddningspersonalen använder lämpligt skydd mot giftiga gaser.

Metod	Vad den gör	Vad den inte gör	Best för
Vatten (i större mängder)	Avlägsnar värme snabbare än reaktionen producerar den	Ingenting – det är den enda metoden som verkligen stoppar en okontrollerad reaktion	Små celler; kylpaket av vilken storlek som helst
Kapslande tillsatsmedel	Kylar snabbt och innesluter brännbara gaser	Inte en självständig brandbekämpningsmetod	Bränder där vatten i sig skulle sprida det brinnande elektrolyten
Aerosol (baserat på kalium)	Avbryter den kemiska kedjereaktionen inom sekunder	Liten kylverkan – risken för återuppväckning finns fortfarande	Inneslutet utrustning, lagringsrum
Brandfilt	Blockerar lågan och strålande värme	Stoppar inte den inre reaktionen	Små bränder, som mellansteg till evakuering eller vattenkylning

Vatten, i större mängder, utgör grunden för effektiva brandbekämpningsmetoder. Det enda som kan stoppa 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, till exempel i telefoner eller laptopar, räcker det att blötlägga dem i en skål. För större batterier bör man behandla det som en kylningprocess, inte som ett fullständigt släckningsinsatser.

Kapslande ämnen är särskilda tillsatser som blandas med vatten. Dessa avleder värme snabbt och “inkapslar” de flyktiga gaserna från batteriet så att de inte kan få eld. De minskar både värmen och rök, vilket är viktigt eftersom vanligt vatten kan sprida det brinnande elektrolyten.

Aerosolbekämpning

använder kaliumbaserade föreningar som frisätter fina partiklar och avbryter brandens kemiska kedjereaktion. Dessa system kan släcka både enkel- och flercelliga bränder inom sekunder – därför används de ofta i inlåsta anordningar och vissa lagringsanläggningar. De kylar dock betydligt mindre än vatten, så risken för återupptändning förblir.

Brandskyddsmattor är endast tillfälliga lösningar. En matta som är speciellt utformad för litiumbatterier dämpar lågan och blockerar strålande värme. Den ger tid för att bekämpa små bränder, till exempel bränder som orsakas av en laptop eller en e-bikes batteripack. Den eliminerar dock inte den ursprungliga orsaken till värmeutbrott, så den fungerar bara som en övergång till evakuering eller vattenkylning – aldrig som ett slutgiltigt lösningssätt.

För stora installationer: skydda de omgivande delarna och låt bränderna brinna ut. När en brand drabbar en batterirack eller ett stort batteripack är det vanligt för brandbekämpningspersonalen att skydda de omgivande delarna och låta de drabbade batterierna brinna ut, samtidigt som de intilliggande batterierna kyls. Detta beslut tas av brandkåren, inte av anställda på anläggningen – men att känna till detta i förväg förhindrar den instinkten att försöka bekämpa en brand som inte kan släckas.

Förebyggande åtgärder: de regler vi tillämpar i våra egna batteribokser

Vi levererar LiFePO₄-batterier (lithiumironphosphat-batterier) i våra gatulampor, och vi valde just denna typ av batteri av denna anledning: Vid typiska LiFePO₄-batterier inträffar en termisk explosion (”thermal runaway”) vid temperaturer på cirka 270°C, medan nickelbaserade lithiumbatterier har denna risk vid temperaturer mellan 150–210°C (typiska värden inom industrin, beroende på batterietyp och format). LiFePO₄-batterier är inte brandfria – inget i en batteri är det egentligen. Men detta ger oss en viss “marginal” (en säkerhetsreserv), och det är just denna marginal som gör att förebyggande åtgärder blir möjliga.

• Ladda med rätt laddare, under övervakning. Använd laddaren som medföljer enheten eller en laddare med identiska egenskaper. Låt batteripacken inte laddas över natten eller utan övervakning. Håll laddningsområdet ventilerat – ladda aldrig i en begränsad utrymme.
• Förvara kallt och med halv laddning. Vi rekommenderar ett förvaringstemperaturintervall på 5–20°C. För långsiktig förvaring bör batteriet ha cirka 50 procent laddning, och kontrollera det regelbundet. Förvara aldrig batteripacket på instrumentpanelen eller nära en värmekälla.
• Sluta använda batteriet vid varningssignaler. Om batteriet svuller, spricker eller läcker, eller om det uppvisar onormal värmeutveckling, längre laddningstider eller synlig kapacitetsförlust, måste batteriet avsättas.
• Förvara via återvinning. Gamla batteripacken ska skickas till en återvinningsanläggning, aldrig i soptunnen. För företag som använder batterier i större skala 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 inga specifika instruktioner eller råd för hur batterier ska avfallsföras.)

Denna sida behandlar hur litiumbatterier beter sig vid brand samt hur man ska reagera på sådana händelser, för både enkla konsumentbatterier och batteripaket i lättkommersiell skala. Den omfattar inte utformningen av batterilagringssystem för elnät (BESS), ingenjörskonsekvenser relaterade till efterlevnad av NFPA 855-standarderna, eller regler för transport av farliga material – dessa områden faller under andra discipliner med sina egna regler. För information om hur vi integrerar termisk skydd i våra produkter, se vår guide för batteri- och omgivningstemperatur, eller för att beräkna storleken på ett batterisystem, använd batteribesiktskalkylatorn.