电池故障曝光 退役动力电池的安全引发深思

电子发烧友网报道（文/李弯弯）今年4月北京市丰台区储能站爆炸，事故造成1人遇难、2名消防员牺牲、1名消防员受伤，火灾直接财产损失1660.81万元。如今爆炸事故的原因已经查明，主要是电池间内的磷酸铁锂电池发生内短路故障，引发起火爆炸。

磷酸铁锂电池内短路引发起火爆炸

日前，北京应急管理局发布丰台区“4·16”较大火灾事故调查报告显示，此次储能站爆炸的原因在于：储能站南楼起火，而起火的直接原因系西电池间内的磷酸铁锂电池发生内短路故障，引发电池热失控起火。

储能站北楼爆炸直接原因为南楼电池间内的单体磷酸铁锂电池发生内短路故障，引发电池及电池模组热失控扩散起火，事故产生的易燃易爆组分通过电缆沟进入北楼储能室并扩散，与空气混合形成爆炸性气体，遇电气火花发生炸。

从以上表述可以看到，储能站涉及到北楼、南楼、西电池间，我们具体来看是怎么回事？根据报告描述，事发建筑主要包括北楼、南楼两栋建筑，南北楼之间建有室外地下电缆沟。

北楼为地上二层建筑，一层分别为光储充一体化项目储能室及设备间，集美家居公司（租用该事故厂地的公司）自用的35千伏变压器室、6 千伏配电室、变配电值班室，二层为集美家居公司35千伏控制柜室。其中：6 千伏配电室有1条东西向主电缆管沟及配电柜；储能室内有2条东西向电缆管沟、4 组电池柜（共56列电池簇，使用圆柱形磷酸铁锂电池）。

南楼为地上一层建筑，分别为控制室、门厅及维修间、西电池间、东电池间和设备间；控制室局部加装二层。西电池间安装12组电池柜（共48列电池簇，使用方形磷酸铁锂电池），东电池间安装12组电池柜（共48列电池簇，使用圆柱形磷酸铁锂电池），电池柜底部电缆在电缆夹层内汇集进入室外地下电缆沟。

南北楼之间室外地下电缆沟长24米、宽 1 米，底部距地面1.6 米，顶部距地面约 0.4 米；沟内敷设电缆29根；距北楼 3.7米处设有一处通风竖井。电缆沟在北楼南墙西向东数第5 个窗户下方进入北楼地下，在南楼北门东侧地下进入南楼电缆夹层。

根据调查结果，爆炸是这样形成的，位于南楼西电池间的磷酸铁锂电池发生内短路，引发电池热失控起火，磷酸铁锂电池热失控喷射产物中的易燃易爆成分与空气混合形成的爆炸性气体，从室外地下电缆沟扩散至北楼内，进入高压直流带电状态的电池系统，遇到位于电池柜底部的继电器动作产生的电气火花，从而引起爆炸。

磷酸铁锂电池内部短路的原因是什么

可以看出来，此次爆炸的罪魁祸首是磷酸铁锂电池，近年来随着新能源汽车和新型储能的发展，磷酸铁锂电池被大量使用，但是因磷酸铁锂电池热失控造成的火灾事故不断发生。其中，短路是触发磷酸铁锂电池热失控的重要原因之一。

在磷酸铁锂电池发生短路时，瞬间产生较大短路电流，短时间内使电池聚集大量热量，使磷酸铁锂电池发生不可逆损坏甚至引起热失控火灾。磷酸铁锂电池短路是电池的正负极发生了接触造成，有很多方面的原因：比如，制造的过程中，电极的表面有毛刺，刺破了隔膜引起正负极短路，或是制造的时候工艺不当造成正负极接触短路。

再比如，锂电芯隔膜质量不达标，锂电池组在使用过程中经常大电流充放，隔膜在经受不了短时间内巨大的锂离子流穿过，导致出现局部或者大面积破损，从而导致电芯剧烈发烫损害。还有可能是，磷酸铁锂电池体内温度上升较慢的情况下，外壳逐渐溶化，保护层起不到保护作用，导致有腐蚀性的电解液的泄漏，之后造成电池短路。

然而北京丰台区的这起储能站爆炸，磷酸铁锂电池短路的主要原因是什么呢？除了上述可能的原因之外，有人猜测更有可能是退役动力电池在梯次利用中存在安全性问题。

根据报告信息，该储能项目的磷酸铁锂电池由合肥国轩高科动力能源有限公司提供，国轩高科是动力电池行业领军企业，同时国轩高科也在积极与电网企业等展开合作，将产品用于储能电站，另外该公司还在发展梯次利用业务。

退役动力电池在梯次利用中的安全隐患

随着电动汽车的快速发展，未来动力电池的退役量会越来越多，就会面临退役的动力电池何去何从的问题。动力电池回收主要有回收利用和梯次利用。

回收利用，多是指元素回收，主要将动力电池中含有的锰、锂，以及钴、镍等重金属资源提取出来；梯次利用，即拆解退役电池模组或电芯，形成小型电池用于低速电动车、电动工具、太阳能路灯，或将多个完整的电池包合并，用于光伏、风能储能装置等领域。

对于退役电池梯次利用，国家极其鼓励和支持，2020年10月工信部发布了《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法（征求意见稿）》，梯次利用管理成为政策重点方向，部分试点地方鼓励、支持梯次利用与商业模式的探索。

而将退役电池用于储能站，不仅可以解决退役动力电池何去何从的问题，还能为储能站发展节约成本，既环保又有极高的经济效益。根据国家提出的目标，2025年新型储能装机规模达到3000万千瓦，可以解决很大一部分退役动力电池。

不过退役动力电池在梯次利用中存在安全隐患，中国电科院研究发现，对于退役动力电池，由于其内部枝晶生长、电解液消耗、晶体结构变化、界面阻抗增加等原因，其发生安全事故的风险变大；电池在电动汽车阶段的使用环境、工况不同，电池的容量保持率也不一致，这就造成退役动力电池安全事故的诱发因素，和薄弱环节与新电池存在差异，使退役动力电池的安全性评估变得更加复杂。

目前针对退役动力电池安全性评估，尚无成熟标准化方法，现有的方法虽然可以剔除一些具有明显安全问题的电池，比如鼓胀电池，但不能有效识别电池内部的安全隐患，同时抽样检测的比例也不好确定，比例过小不能准确反映整批次电池的安全状态，而比例过大使退役动力电池安全性评估的成本大幅度增加。

另外退役电池在梯次利用过程中，因其内部状态继续劣化，其安全隐患也在持续增加，因此，对于退役动力电池的安全性评估，不能只关注电池当前的安全状态，还应兼顾在梯次利用过程中电池安全状态的变化。

也因为对退役电池安全性的评估复杂，以及目前还没有形成成熟的标准化方法，在今年4月北京储能站爆炸事件之后，6月国家发布了《新型储能项目管理规范（暂行）（征求意见稿）》，该意见稿特别提出，“在电池一致性管理技术取得关键突破、动力电池性能监测与评价体系健全前，原则上不得新建大型动力电池梯次利用储能项目。”

总结

整体而言，磷酸铁锂电池内短路是造成这起爆炸的主要原因，而短路的原因可能是新电池在设计和制造中出了问题，也可能是退役电池的梯次利用带来的安全隐患，而后者的不安全性更高，那么未来退役电池的梯次利用还要不要继续推进，据了解现在不少动力电池企业都在推进这类项目，包括比亚迪、宁德时代、以及国轩高科等。

很多退役的动力电池还具有较高的剩余容量，梯次利用可以让电池的性能得到充分的发挥，而且还非常环保，具有潜在的经济价值和良好的社会价值，因此退役电池梯次利用需要继续推进，只不过当前的当务之急是，投入更多研究完善退役电池的评估，将退役电池梯次利用的风险降到最低。

而且这次北京储能站爆炸，还与有关单位的工作不善有关，事故调查报告指出，该事发区曾多次发生电池组漏夜、发热冒烟等问题，有关单位没有进行全面排查安全隐患，而继续进行运行，最终导致大幅起火爆炸，致使多名工作人员和消防员伤亡，这部分问题也需要重点追究。

声明：本文由电子发烧友原创，转载请注明以上来源。如需入群交流，请添加微信elecfans999，投稿爆料采访需求，请发邮箱[e-mail]。

编辑：金巧