电动汽车用动力蓄电池灭火抑爆方案

电动汽车用动力蓄电池灭火抑爆方案

电动汽车用动力蓄电池火灾爆炸的本质是热失控引发的链式化学反应失控，

其特点可概括为“快、热、毒、爆、难”。

由于电池发生意外后，“热失控”会在10秒范围内释放可燃有毒气体，“热

失控”温度达到9OT1（TC时就会快速引起燃烧，而且“热失控”情况下还会不

断地释放可燃有毒气体，所以就使得灭火抑爆比较难；如果燃烧在一定时间内控

制不住，“热失控”链式反应还再继续，这样就会引发爆炸.

这就给消防抑爆提出了新的高难度的要求，传统灭火抑爆手段对此几乎没有

办法彻底解决。很多灭火技术仅仅只是延迟了电池爆炸的时间，争取到了有限的

逃生时间。

我们新竹从“纵深防御，构建立体防灭火抑爆体系，多维度灭火抑爆，秒级

响应，打断和终止热失控反应链，杜绝爆炸的发生”的全系统角度出发，彻底解

决了电动汽车用动力蓄电池火灾爆炸的危险。

我们采取的技术措施是，在电池包内的接线端和电池包内部缝隙处填充我们

研发生产的“阻燃防火灭火抑爆材料”，在电池发生“热失控”而引起火灾时的

笫一时间内，0距离导热降温形成致密碳化保护层阻止“热失控”的继续，进而

打断“热失控”反应链，阻止火灾发展成爆炸；同时在电池包里安装感温电缆和

可燃气体探测器，电池包外安装我们研发生产的“冷气溶胶三快抑爆灭火装置”，

在火灾发生的第一时间内感知到火灾的发生快速通过预设的管路和喷头喷入“冷

气溶胶抑爆剂”成功灭火和抑爆。

下面就对这一系统解决电动汽车用动力蓄电池燃烧爆炸的方案的工作原理

及方案本身，作进一步的简单介绍。

电动汽车用锂系动力蓄电池“热失控”情况下的主要分解产物和危害

一、气态分解产物

1.可燃性气体

★烧类：乙烯（C2H4）、乙烷式2H6）、甲烷（CH4）、丙烯久3H

6）等，主要来自负极石墨与电解液反应。

★一氧化碳（C0）：由正极材料分解或不完全燃烧产生，浓度超过lOOOppm

可致命。

★氢气（也）：电解液溶剂（如EC、DMC）分解生成，具有高爆炸风险（爆

炸极限4%~75%）。

2.毒性气体

★氟化氢（HF）：电解液中的LiPFe分解产生，浓度超过30Ppm即可致命，

具有强腐蚀性。

★一氧化碳（C0）与二氧化碳（CO2）：C02占比50%-70乐0）占比25%-55%,

两者均会引发窒息。

3.其他气体

★氧气（。2）：正极材料（如三元材料）分解释放，加剧燃烧。

★氟化物（如POF3、HF）：磷酸铁锂电池电解液分解产物，腐蚀性强。

二、固态分解产物

1

1.金属氧化物

★锲/钻/镒氧化物（NiO、CoO.MnO）：三元锂电池正极材料高温分解产物，

可能形成尖晶石或岩盐结构。

★氧化锂（Li20）：负极析锂或正极材料氧化生成，高温下与水反应生成

腐蚀性LiOH。

2.碳化物与氟化物

★碳黑（C）：石墨负极热解产物，覆盖电极表面阻碍反应，但可能引发二

次燃烧。

★氟化锂（LiF）：电解液分解或SEI膜分解产物，占喷发颗粒质量的40%

以上。

3.无机盐与复合物

★碳酸锂（Li2C03）：SEI膜分解或正极材料氧化生成，占残骸质量的

30%-50%o

★磷酸铁锂分解物：高温下生成Li3P04和游离碳，释放氧气。

三、不同电池类型的分解特征

电池类气态产物特点固态产物特点

型

三元锂高浓度CO、电、HF,烧类占比达55%NiO、喷发颗粒含尖晶石结构

CoO、LiF为主金属氧化物

磷酸铁C02占比超60%,姓类较少，释放电和碳黑为主，残骸中Li2CO

锂02Li3PO4、碳黑为主3占比高

钻酸锂C0和HF浓度高，伴随大量可燃烧类CO3喷发颗粒含金属钻单质

04、Li2。为主

四、分解产物的危害性

1.毒性：HF、C0、电S等气体可导致呼吸衰竭、器官损伤，暴露浓度超过

30ppm即危及生命。

2.爆炸性：烧类与。2混合后遇高温易爆，C0浓度超过1.28%即可引发爆

炸；出的爆炸阈值非常宽，而且易爆。

3.腐蚀性：HF腐蚀电池外壳和电气连接件，加速系统失效。

4.复燃风险：未完全反应的Li金属或碳化物在冷却后可能复燃，持续释放

热量。

动力蓄电池热失控的分解产物具有多组分、高毒性、强腐蚀性等特征，而且

最不利的是，这些分解产物与现在通用的好多灭火剂能够发生化学反应。比如，

七氟丙烷等卤代烷类灭火剂，热气溶胶灭火剂，普通干粉灭火剂等，都不能用于

灭动力蓄电池火灾。

电动汽车用锂系动力蓄电池的燃烧特点和火灾危险性分析

一、燃烧速度快且一蔓延剧烈

1.火势爆发迅速

热失控触发后，火势可在数秒内蔓延至整个电池模组。例如，三元锂电池在

热失控实验中，火焰喷射距离可达3-5米，且伴随爆燃声。

2.热释放速率高

2

热失控初期放热速率可达1000℃/min以上，短时间内释放大量热量，导致电

池外部温度在200秒内升至1000℃以上o

二、高温与复杂燃烧形态

1.极端高温

电池内部温度可达572T121C,外部表面温度最高超过1090寸，远超常见可

燃物燃点，易引燃周边材料。

2.多形态燃烧

包括阴燃、喷射火、爆燃、爆轰、爆炸等。例如，磷酸铁锂电池热失控时可

能先喷射气体，随后发生爆燃；三元锂电池则易出现剧烈爆炸。

三、伴随有毒有害气体释放

1.气体成分复杂

热失控产生的气体包含CO、H2、CH4、HF等，其中CO浓度在210秒内可急

剧升高至致死量OlOOOppm）,HF毒性极强。

2.烟雾毒性高

电解液分解产生的氟化物烟雾具有强腐蚀性，即使低浓度暴露也会导致呼吸

道损伤。

四、复燃与持续燃烧风险

]二次,燃烧现1象

电池内部,完全反应的活性物质（如锂金属）可能在冷却后复燃，导致火势

反复。

2.热失控传播

单个电池热失控可能通过热传导、气体喷射等途径引发相邻电池连锁反应，

形成“多米诺效应”。

五、扑救难度大

1.物理阻隔效应

电池外壳（如钢制壳体）阻碍灭火剂渗透，内部反应持续进行，外部灭火难

以奏效。

2.长时间燃烧特，生

单个电池燃烧可持续20分钟以上，大型电池组燃烧时间可达数小时，远超消

防员供氧极限。

3特殊处置要求

需采用大量水持续冷却（非直接喷射），并避免使用普通干粉灭火器（无法

阻断内部反应）。

六、环境与工况依赖性

1.SOC状态影响显著

商电量（S0C>80%）射热失控风险剧增，且释放气体毒性增强；低电量（S0C（20%）

时可能因锂枝晶生长弓发短路。

2.温度敏感性强

高温环境（>45℃）会加速电解液分解和隔膜溶融，降低热失控触发阈值。

七、不同电池类型的特点差异

电池类热失控特征

型

三元锂爆炸剧烈、火焰喷射距离远（可达5米），释放C0和HF浓

度高

3

磷酸铁燃烧相对平缓，但气体释放量大（主要为C02和电），高

锂温下易复燃

镒酸锂热失控温度较低（约150℃）,但循环老化后安全性显著下降

动力蓄电池火灾爆炸的本质是热失控引发的缝式化学反应失控，其特点可概

括为“快、热、毒、爆、难”O

新国标GB38031-2025对电动汽车用动力蓄电池的安全要求

根据GB38031-2025《电动汽车用动力蓄电池安全要求》的新规定，电动汽

车动力蓄电池在消防和抑爆技术方面主要有以下新要求：

一、热失控防控升级

1.绝对安全要求

动力电池在热失控（如内部短路、过充、针刺等）后，必须确保不起火、不

爆炸，同时仍需触发热事件报警信号。此前的“5分钟逃生时间”要求已被取消，

改为2小时观察期内无起火、爆炸现象，且所有监测点温度需低于60（。

2.热扩散测试强化

★新增内部加热触发热失控的测试方法，覆盖更真实的内部短路场景。

★触发方式从原有的外部加热、针刺扩展为三种，要求电池包或系统在热失控

后实现“无热扩散”，避免对乘员舱造成威胁。

二、新增物理防护测试

1.底部撞击测试

模拟路面异物撞击电池底部的场景，要求电池包在直径30mm钢球以150J能

量撞击3次后，无泄漏、外壳破裂、起火或爆炸现象，且满足绝缘电阻要求。仅

离地间隙2200nmi的商用车可豁免。

2.快充循环后安全测试

针对支持超快充的电池（20斤80%SOC充电时间W15分钟），要求在300次

快充循环后仍能通过外部短路测试，确保不起火、不爆炸。

三、消防与烟气安全要求

1.烟气无伤害

热失控产生的烟气不得进入乘员舱，需通过密封设计和材料优化实现“无热

扩散”，避免二次伤害。

2.监测与报警时效畦

热失控后需在5分钟内发出报警信号，且报警前后5分钟内无可见烟气进入

乘员舱，确保驾驶员和乘客及时获知风险。

四、电气安全强化

1.绝缘电阻要求完善

新增交流电路电池系统的绝缘电阻要求，提升挤压测试条件，确保电池在机

械变形或电气故障时仍能保持安全状态。

2.盐雾与耐腐蚀测试优化

简化盐雾试验流程，但延长试验后监测时间至2小时，防范延迟性爆燃风险。

新国标通过强制不起火爆炸、强化物理防护、优化热管理和严格电气安全四

大方向，对电动汽车电池安全技术的要求由“被动防护”升级到了“主动阻断”。

4

目前绝大多数商用电动汽车电池，如果不采取主动灭火抑爆消防措施，根本达

不到新国标的要求。

新竹电动汽车蓄电池的灭火抑爆方案和原理简介

我们新竹针对动力蓄电池的火灾爆炸特点，从“纵深防御，构建立体防火灭

火抑爆体系，多维度灭火抑爆，秒级响应，打断和终止热失控反应链，杜绝爆

炸的发生”的全系统角度出发，经过10多年的试验研究，研制出了“多元防火

灭火阻燃抑爆填料（胶泥）”和“冷气溶胶三快灭火抑爆系统”，能够从根本上

解决电动汽车蓄电池的火灾和爆炸问题。

一、系统组成和灭火抑爆动作原理

1.“冷气溶胶三快灭火抑爆系统”由快速火灾和爆炸探测器（俗称探头）和灭

火抑爆控制器，冷气溶胶快速抑制爆炸剂，全方位快速喷放装置及管路和喷头三

大部分组成。探头安装在电池包里面，电动汽车用蓄电池选用感温电缆和可燃气

体探头就可以了；喷头的喷口安装在电池包里头，快速喷放装置安放在电动汽车

事故状态下最安全的位置（比如驾驶员座椅下方处），冷气溶胶快速抑制爆炸剂

充装在快速喷放装置里，用管路连接快速喷放装置和喷头。

当有火灾或爆炸发生时，探头在秒级内响应探测到火灾或爆炸的发生信号（两

种探头是或门关系），探头在毫秒级范围内把火灾信号传送给灭火抑爆控制器（电

动汽车的整车控制器VCU或者电池管理系统BMS也可以替代灭火抑爆控制器功

能），控制器打开快速喷放装置，快速喷放装置迅疾喷出冷气溶胶抑爆剂并通过

管路和喷头施放到电池包里，进而可以实现灭火和抑制爆炸。这一切动作都在秒

级内完成。

我们新竹的“三快灭火抑爆系统”在汽车的任何状态下，诸如：翻滚、碰慢、

跌落等事故情况下都能够实现其灭火抑爆功能，即，都能够实现全方位成功地

灭火和抑爆。

2.“多元防火灭火阻燃抑爆填料（胶泥）”是一种当有火灾发生时，多元防火

灭火阻燃抑爆填料（胶泥）可在第一时间遇热或明火即分解释放出灭火抑爆成分

的气体类物质，该物质能够捕获中和自由基，打断燃烧和爆炸反应链，快速灭火

和抑制爆炸；同时多元防火灭火阻燃抑爆填料（胶泥）遇热或明火也会形成致密

碳化保护层，隔绝氧气阻止火灾蔓延；多元防火灭火阻燃抑爆填料（胶泥）遇热

或明火还可以产生高导热类成分的物质，其中相变类成分的物质因遇热相变气化

可带走大量的热，二者同时作用起到降温冷却作用。

多元防火抑爆阻燃填料（泥）可以从灭火，抑爆，阻火隔氧，降温冷却等多

维度灭火阻燃抑制爆炸，全面保护电器和非电器类设施，防止火灾和爆炸的发生。

这种“多元阻燃防火灭火抑爆”材料可以制成胶泥状，板材状，绳状。根据

不同的应用场景可以选择不同形状的材料，采用填充、粘贴、缠绕伴行等作业方

法，防止蓄电池热失控，或者导线短路断路电击穿等以及其它外部火灾引起的蓄

电池火灾的发生。当火灾发生时，在第一时间内，0距离内扑灭火灾，形成致密

碳化保护层阻止火灾蔓延，降温导热中和着火因子（即自由基），打断燃烧反应

链快速灭火和抑制爆炸。

在电池包内的接线端和电池包内部缝隙处，以及其它可能引发火灾的地方填

充、粘贴、缠绕我们研发生产的“多元阻燃防火灭火抑爆胶泥”，当有火灾发生

时，能够达到秒级响应：遇热瞬间触发三重防御，①气态屏障：释放灭火气体,

5

0.5秒内切断燃烧链，②物理隔绝：生成致密碳化层，氧浓度直降70%,③急速

降温：相变材料气化吸热，高导热性材料快速传到出热量，3秒降温20（rc；迅

速形成多维度防护矩阵，即，抑爆阻燃、物理隔绝、动态控温、长效防护。

我们新竹针对电动汽车蓄电池的防火阻火灭火抑爆方案，构建了电池舱立

体防火体系，关键部位主动防护，对动力电池组，做到了电芯级防护，秒级响

应，破解了电动汽车在热失控和各种事故状态下的灭火抑爆难题。

二、灭火抑爆的物理化学原理

电动汽车蓄电池在热失控状态下首先释放出来的是自由基（即着火爆炸因

子），产生的主要自由基有：①氢氧自由基（0H-）和过氧自由基（H00•）,

②氢自由基（H-）和浣基自由基（如CH3-、C2H5・），③氧自由基（0・）和

超氧自由基（8--），④含氟自由基（F・、CFs-）等等其它少量自由基。这

些自由基不仅加速能量释放，还导致气体膨胀、火焰传播和设备腐蚀，是火灾发

生和爆炸的元凶。快速灭火抑爆就是捕获中和这些自由基，打断燃烧爆炸反应链,

终止和阻止热失控的继续。

灭火抑爆剂和多元阻燃防火灭火抑爆填料的主要功能材料是聚磷酸镀即

（APP）o聚磷酸铁（APP）作为无机阻燃剂，其抑制自由基反应的机制主要基于

磷元素的化学活性及高温分解产物的协同作用。针对电动汽车蓄电池热失控释放

的四种典型自由基，APP的反应过程可归纳如下：

1.与氢氧自由基（0H・）和过氧自由基（H00­）的反应

①磷氧键的链式中断

APP中的磷原子（P）在高温下与0H•结合，生成磷酸氢自由基（HP0-）或

磷酸二氢自由基（ILP0-）,通过消耗0H・阻断自由基链传递：

P+0H•-HP0・

生成的HP0•进一步与S反应生成磷酸酯类化合物（如H3P。4），形成稳定

产物。

②过氧自由基的氧化抑制

H00•与APP分解产生的聚磷酸（H3P0”）反应，生成磷酸过氧自由基（P000H）,

后者通过分解生成非活性产物（如山0和。2）,降低体系活性氧浓度。

2.与氢自由基（H-）和烷基自由基（如CH3・、C2H5・）的反应

①氢自由基的捕获

H•自由基是燃烧链反应的引发者。APP中的磷原子通过夺取H•生成HP0・，

阻断后续的H•与。2结合生成0H・的过程：

P+H・-*HP0-

该反应显著降低自由基浓度，抑制链式反应。

②烷基自由基的稳定化

烷基自由基（如CH3-）与APP分解产物聚磷酸发生酯化反应，生成磷酸酯类

化合物（如CH3P0川），通过引入磷酸基团增加分子量，降低自由基活性：

CH3•+H3P。4-CH3Po3H+H2O

此类反应可有效终止烷烧类燃料的分解链式反应。

3.与氧自由基（0・）和超氧自由基（。2--）的反应

①氧自由基的协同消耗

6

0•和•是高温下氧分子解离的产物。APP中的磷氧键（P-0）通过共振

稳定作用，与0•结合生成P0•自由基，后者进一步与供反应生成P02*,最终

形成磷酸盐沉淀：

P-0+0•fP0•fPO2*fPO3-

此过程减少活性氧的浓度，抑制氧化反应。

②超氧自由基的中和

0-2--（超氧阴离子）在高温下易引发二次分解。APP分解产生的NHJ通过

酸碱中和反应生成NH3和也0,降低体系pH值，抑制超氧自由基的生成。

4.对含氟自由基（F・、CF.n•等）的间接抑制

①物理隔离作用

APP分解生成的聚磷酸形成致密炭层，包裹含氟材料（如电池隔膜中的PVDF）,

阻止F•与电解液中的LPF6反应生成PF5等高活性物质，从而抑制氟化氢（HF）

的释放。

②协同阻燃体系

当APP与含氟阻燃剂（如含氟聚合物）复配时，磷-氟协同效应可增强自由基

捕获能力。例如，CF3•与HPO•反应生成CFsPOaH,形成稳定的氟磷酸酯。

5.聚磷酸铁APP的协同作用

①多机制协同

APP通过吸热降温（分解焰达220kJ/kg）、形成致密炭层隔绝氧气、捕获自

由基三重机制协同作用，显著提升阻燃效率。

②聚合度与分解温度的影响

高聚合度APP（n〉20）分解温度更高（＞300。0,可在热失控早期阶段（如

电池单体温度达200-300℃）快速释放活性磷物种，增强自由基抑制效果。

上面就是冷气溶胶灭火抑爆剂和多元阻燃防火灭火抑爆填料，在蓄电池热

失控和火灾情况下的捕获自由基，终止燃烧和爆炸链式化学反应的主要过程。

实际灭火抑爆状态下，这些化学反应都是在秒级完成的。聚磷酸铉通过磷元素的

化学活性与高温分解产物的物理隔离作用，可有效中和热失控释放的多种自由基,

打断燃烧链反应。当然了这些化学反应是在催化剂、促进剂及其它必要剂条件辅

助下，才能够进行和完成的。单独使用时，是没有办法实现阻燃灭火抑爆目的，

是达不到上述效果的。

三、新竹的“电动汽车灭火抑爆方案”的特点

我们经过二十多年的试验研究，把聚磷酸锭（APP）进行了微纳米和微胶囊

化包覆处理，辅助添加了其它催化剂和抑制剂，制成了“冷气溶胶快速抑制爆炸

剂”0

靠们的“冷气溶胶快速抑制爆炸系统（即三快灭火抑爆系统）”和“多元阻

燃防火灭火抑爆材料（胶泥、绳和板材）”联合使用，使得我们新竹的“电动汽

车灭火抑爆方案”具有如下几个特点。

1.第一时间（0.5秒内），即秒级响应0距离灭火抑爆。

2.生成致密碳化层，物理隔绝，阻断热失控和燃烧爆炸反应钱。

3.相变材料气化吸热，急速降温，高导热性材料迅速传导出电池芯内部热量，

迅速形成多维度防护矩阵。

4.秒级内捕获自由基，阻止可燃有毒气体的产生和聚集，有效降低电池包压

力，化学方法打断热失控和燃烧爆炸反应链。

7

概括起来讲：新竹的“电动汽车灭火抑爆方案”具有“化学抑爆阻燃、物

理隔绝、动态控温、立体化多重长效防护”的特点；新竹方案系统完美地解决

了电动汽车在任何状杰下，诸如：翻滚、碰撞、跌落等事故情况下的灭火抑爆

难题。

XX特种消防设备有限公司

2025年5月11日星期日

新能源中锂离子电池广泛得到应用，主要有三大类，一是是甩动交通工具，二是

建筑及生产所采用的备用电源，三是专业储能设施。我国在锂离子电池的生产和

应用领先于世界各国，单新能源汽车占全球份额65%。锂离子电池在全球形成了

中国、韩国和日本三大生产国，而且我国的产业规模是日本、韩国总量的10倍

以上，质量也领先，不过，国内也存在不少中小企业，造成产品质量参差不齐。

据应急管理部门统计，仅2023年第一季度，新能源汽车自燃率上涨了32%,平

均每天就有8辆新能源车发生火灾（含自燃）。据不完全统计，截至2021年，

近10年间，全球共发生32起储能电站起火爆炸事故。其中，日本1起、美国2

起、比利时1起、中国3起、韩国24起。电动汽车和其他交通、运载工具，由

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于存在碰撞、摩擦等运动状态容易造成电池机械流用，不确定因素多，建筑及生

产采用的锂离子电池备用电源，如消防控制室的备用电源，由