四大疑团待解,韩电池厂爆炸如何酿成?

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划重点

01韩国华城一家电池制造工厂Aricell于2024年6月24日发生火灾,造成23人死亡,8人受伤。

02事发电池为锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2),这种电池在高温环境下容易发生热失控现象。

03由于Aricell工厂未安装喷淋灭火装置,火灾发生时未能及时扑灭,导致火势蔓延。

04事发地京畿道华城市位于首尔市西南侧,是韩国一大工业城市,也是现代起亚汽车生产基地所在地。

05韩国政府将对此事件进行为期两周的消防安全检查,并推动开发针对锂金属一次电池的新型灭火剂。

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当地时间2024年6月25日,韩国华城,一次电池制造商ARICELL京畿道华城工厂火灾现场,消防队员们正在搜索失踪者。视觉中国|图
像点燃了鞭炮的导火线,1块起火的锂电池引发连锁反应,把存放约3.5万块电池的工厂大楼“炸了”。
2024年6月24日,韩国电池制造工厂Aricell发生火灾。韩国警方通报显示,截至6月26日上午,事故共造成23人死亡,8人受伤,遇难者包括17位中国公民。
公开资料显示,成立于2020年的Aricell是韩国上市公司S-Connect的子公司。2023年,Aricell锂电池销售额47.91亿韩元(约合2500万人民币),其中出口销售额占比近九成。
事发地京畿道华城市位于首尔市西南侧,是韩国一大工业城市,也是现代起亚汽车生产基地所在地。华城市全谷工业园区聚集了汽车、电子元件相关产业的零件厂,Aricell工厂坐落其中。
韩国消防部门调取的监控视频显示,事故发生在Aricell工厂3号楼二层电池包装车间,先是电池堆放处出现白烟,随之突然起火,30秒内,堆叠在一起的电池相继爆炸4次,浓烟迅即弥漫整个工作间。
韩国西正大学智能汽车工程系教授、韩国2050年碳中和与绿色增长委员会能源与公司转型分会主席朴哲完(Park Chul-wan)告诉南方周末记者,造成本次起火的锂电池不是应用在手机、电脑、电动车的锂离子电池,而是一次性使用的锂金属电池——锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)。
“尽管火灾只发生在二楼,但工人们很难逃生,很可能是因为暴露在高温环境下时,这种电池的毒性成分亚硫酰氯(SOCl2)会被汽化或热解,灼伤人的眼睛和皮肤,让人难以移动。” 朴哲完说。
6月25日中午,中国驻韩国大使馆领侨处工作人员向南方周末记者表示,遇难中国人的身份信息尚未完全确认,救援后续工作仍在进行当中。
此次火灾事故被韩联社评价为韩国历史上最严重的化工厂爆炸事故,损失规模超过1989年全罗南道丽水国立工业园区,造成16人死亡的乐凯化学爆炸案。
截至发稿前,引发Aricell工厂锂电池爆炸的具体原因,仍在调查之中。
火灾现场监控视频显示,车间一侧堆叠的锂电池冒出白烟后起火,工人们用灭火器未能将其扑灭。韩国YTN电视台截图
事发两天前已失火,为何未重视?
灾难发生有迹可循:这是Aricell工厂三天内的第二场失火。
6月22日下午该工厂2号楼一楼就发生过小规模火灾。Aricell负责人朴重元在事故现场表示,一名工人向锂电池注入电解液时,电池温度突然升高,工人将其单独取出,存放到专门处理缺陷产品的容器中,电池在容器内起火后,该工人使用工厂内的灭火器将火扑灭。
Aricell没有向消防部门报告该起事故,工厂继续运营。两天后,工厂内存放的锂电池再次起火,引发剧烈的爆炸。
据韩国媒体《亚洲经济》和《国民日报》报道,目击者听见宛如战争现场的连续爆破声,火灾现场冒出滚滚浓烟,覆盖方圆几公里内的厂房。火势扑灭后,工厂外墙被烧得焦黑,建筑材料掉落一地。
Aricell工厂由11栋钢筋混凝土结构建筑组成,起火的3号楼建于2018年4月,事发时67名工人正在里面进行锂电池成品检验和包装工作,其中一楼有15人,二楼有52人,包括正式和临时工,所有死者均在起火点二楼发现。
中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室研究员王青松长期从事新型电池系统火灾安全研究,他向南方周末记者解释,锂电池起火爆炸的本质是热失控现象。
热失控是电池内部温度不受控制地升高,引发链式反应的过程。电池升温后,会释放大量可燃性气体(如氢气、甲烷、一氧化碳),在受限空间内达到燃烧条件时,就会导致起火爆炸。
公开资料显示,Aricell主要生产锂原电池(指一次性使用的锂电池),核心产品是锂亚硫酰氯电池。“这是一款小众的锂电池,属于锂金属一次电池,不需要充放电,和生活中常见的锂离子二次电池相比,能量密度更高,能以更小的体积、更轻的重量达到更高电量,但从能量守恒的角度,大能量存储在小空间里,更容易失控,因此安全性更低。”王青松说。
王青松介绍,锂金属参与热失控反应时,其燃爆过程会更加剧烈。本次事故中,从冒烟到起火,锂电池在30秒内爆炸了4次。
前述Aricell负责人推测,6月22日的火灾是由电池内部问题引起的,但第二次火灾的具体原因仍有待调查。
工厂消防设计是否合规?
更值得寻味的是,Aricell工厂曾发生多次安全违规事件。
京畿道消防灾难本部部长赵善浩在现场通报会上透露,2019年Aricell工厂发现锂储存量超标23倍,2020年发现部分消防设施无法运行。
据《韩国经济日报》报道,Aricell工厂被分类为一般制造工厂,按照韩国相关规定,这类工厂的总建筑面积超过5000平方米,则需安装喷淋灭火装置。公开资料显示,Aricell工厂总建筑面积5530平方米,但赵善浩表示,该工厂没有安装喷淋装置,只配备了自动火灾探测设备和消防栓。
在韩国,锂作为危险品管理,根据韩国《危险物质安全管理法》规定,烷基锂属于接触空气或水有起火风险的物质,工厂存储的限定数量为10公斤。而锂电池则作为一般化学物品管理,南方周末记者未查询到存储量的限定标准。
京畿道知事金东渊在事故通报会上指出,起火物质被装载在紧急出口前面,以临时工为主的外国务工者不熟悉工厂内部结构,都可能是造成伤亡人数增加的因素。
朴哲完则向南方周末记者强调,现场不利于逃生,既和工厂的建筑布局有关,也可能和火灾初期快速燃爆产生的有毒物质有关。
“吸入浓烟后窒息是常规建筑火灾致死的主因,而锂电池火灾比常规火灾的气体毒性更大,人员中毒的概率也更高。”王青松说,“从事故现场照片来看,Aricell工厂外立面的保温材料夹芯板属于可燃材料,也可能加速火势蔓延。”
参考中国2023年6月1日起实施的《建筑防火通用规范》(GB55037—2022),建筑保温材料的燃烧性能等级有明确要求:建筑的外保温系统不应采用燃烧性能低于B2级(可燃材料)的保温材料或制品。当采用B1级(难燃材料)或B2级燃烧性能的保温材料或制品时,应采取防止火灾通过保温系统在建筑的立面或屋面蔓延的措施或构造。
不过,由于不同芯材填充的夹芯板燃烧性能等级不同,仅根据外墙损毁严重的现场照片,目前尚无法断定涉事工厂墙面是否符合相关规定。
锂电池为何高密度堆叠?
从现场监控视频来看,事发时工人正在进行电池检验和包装。
浙江大学能源工程学院教授黄钰期告诉南方周末记者,锂电池成品检验和包装阶段,实际上是发生热失控的高危阶段。
热失控的诱发因素包括环境温度过高、过充、机械损伤(如针刺、撞击、挤压)和制造缺陷(如电解液含杂质、电极材料不均匀、电池壳体密封不良)。“检验电池的目的,就是从大量合格产品中筛选出残次品,这意味着更容易发生热失控的电池就埋伏在车间内。”黄钰期说。
此外,3.5万块锂电池存放在一栋楼内,高密度堆叠也加大了起火风险,还会造成连锁爆炸反应。
对比6月22日和6月24日两次失火事故可以发现,前一次工人将有起火征兆的电池单独存放,后一次电池冒烟时,仍和其它电池并置。
“这就好比有两块锂电池,一块孤零零地摆在水泥地上,另一块摆在纸盒里,二者燃烧产生的热量不同。地上的电池烧完就没了,纸盒里的电池自燃的同时把纸盒也烧了,还可能烧到隔壁的纸盒,让隔壁纸盒里的电池升温,引起连锁的热失控。”黄钰期解释。
不过,无论韩国还是中国,目前对于锂电池堆叠存放都缺乏通行标准。国内锂电池厂房消防设计仍沿用过去的工业厂房标准,缺乏针对性。南方周末记者查询发现,安徽省出台的地方标准《废旧锂离子动力蓄电池贮存安全技术条件》提及,货架层数一般不超过3层,贮存后总高度不得超过1.8m。
“应该对锂电池存储场所的电池堆叠高度、灭火方式开展研究,并做出相应规定。”王青松建议,电池厂房的防火单元分区应该增加数量、减少每个防火单元面积,一旦发生火情,也能缩小火势蔓延范围。
灭火为何错过“黄金时期”?
值得注意的是,由于锂电池热失控现象是逐渐积聚热量的链式反应,在起火爆炸前,存在及时阻断热失控的“黄金时期”。
黄钰期介绍,锂电池成组装入储能电站、电动汽车的情况下,通常会配备电池管理系统,监测电池电压的异动,当电池温度超过警戒值,可以及时切断电流散热。但本次事故中,工厂内的锂金属电池没有组成电池系统,作为小型一次电池零件存放,缺乏报警装置。
“对于这类电池,可以采用非接触式的温度或气体监测。正常锂电池密封性良好,如果监测到氢气和一氧化碳等特征气体,说明电池隔膜有破损或安全阀打开,此时如能采取快速通风、散热,并结合阻燃和喷雾抑制等措施,就有机会避免剧烈爆炸事故的发生。”黄钰期说。
如果锂电池已经发生热失控,如何降低火灾蔓延的风险?
目前常用的灭火剂主要包括气体、固体、水三类,Aricell工厂起火后,工人在第一时间使用固体灭火器,但未能阻挡火势,韩国消防部门最终用水扑灭火灾。
王青松表示,锂电池起火属于深位火灾,化学反应发生在电池内部,传统的干粉或泡沫灭火器无法中断电池内部反应,即使看起来没有火焰,电池仍保持上千摄氏度高温,还会持续产生热量,传导给其他电池,这也是为什么锂电池火灾较难扑灭。“当火势较大时,用大量的水为电池降温,最为经济可行。”
不过,锂电池能否用水灭火,仍需视情况而定。黄钰期指出,对于接通电路的电池系统,如储能电站,遇水会造成系统漏电、短路,不适合用水扑灭。
根据《朝鲜日报》报道,由于锂金属暴露在高温下与水接触可能引起爆炸,韩国消防部门考虑过用干沙扑灭Aricell工厂的大火,但在确定锂金属量不大,且电池在灭火前已经烧坏的情况后,最终选择用水灭火。
6月24日,韩国总统尹锡悦在视察火灾现场后表示:“电池等化学物质引起的火灾用现有的灭火器和消火栓很难扑灭……我们要与专家共同研究火灾初期的灭火对策。”
“特殊用途电池”
锂电池已逐渐渗透到大众生活的方方面面,但安全性却饱受诟病。
韩国是锂电池生产大国,研究机构SNE Research数据显示,韩国三大电动汽车电池制造商(LG新能源、SK On、三星SDI)在2022年占据了全球电池市场的23.7%。
2022-2023年,韩国第三大财阀SK集团下属电池公司SK On位于美国佐治亚州和中国江苏盐城的电动汽车电池工厂各发生一次火灾,没有人员伤亡。
不同于电车使用的锂离子电池,Aricell生产的锂金属电池主要应用于军事领域。黄钰期表示,在全球范围内,锂金属电池尚未实现面向普通公众的商业化量产。
S-Connect 2023年财报显示,锂原电池是国防通信设备和尖端武器系统的关键部件,Aricell的主打产品锂亚硫酰氯电池是军事装备(无线电收音机、鱼雷等)的主要电源。S-Connect也是韩国唯一批量生产军用螺旋式、储能式锂亚硫酰氯电池的公司。
Aricell生产的锂金属电池是圆柱式的一次性电池。 S-Connect官网截图
朴哲完认为,由于Aricell生产的锂金属一次电池是“特殊用途电池”,这场火灾是韩国前所未有的消防事故。
韩国政府在6月25日表示,国家消防局将以此为契机,对全国电池相关企业进行为期两周的消防安全检查,并从2025年开始推动开发针对锂金属一次电池的新型灭火剂。雇佣劳动部、地方政府等相关机构也将联合开展针对外籍工人火灾疏散安全培训的检查。
南方周末记者 黄思琪
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