JLG蓄电池锂离子电池回收行业中黑粉的阴燃火灾和爆炸危害
来源：JLG电瓶 2026-03-26 09:56:23 点击：
未来十年，在电气化与电化学储能扩展包的推动下，电动汽车与大规模电池储能系统将显著激增，这将导致需要报废管理的锂离子电池数量大幅增加。此外，电池制造过程中还将产生大量生产废料。"黑粉"已成为电池回收市场中日益重要且体量庞大的关键物料。然而，这种新兴散装材料在储存和运输过程中的消防安全隐患尚未明确。本文旨在通过对黑粉（black mass）火灾爆炸危害性的综合评估，向火灾爆炸安全领域简要介绍该物质。初步研究结果表明：典型黑粉样本存在较高的阴燃火灾风险，但其粉尘爆炸危险性较低。此外，可燃性气体（如H2以及NH3）和/或密闭空间中块状黑粉样品释放的挥发性物质不可忽视，尤其在存在湿气和/或水的情况下。这引发另一个实际问题：喷淋系统能否用于黑粉阴燃火灾的扑灭？若不能，可添加何种抑制剂以在最小化后续回收工艺影响的前提下，抑制H2或NH3的生成？本研究获得的火灾与爆炸危险性相关发现与见解，将为蓬勃发展的电池回收产业提供重要参考。
未来十年，预计来自电动汽车(EV)和电池储能系统(BESS)应用的废旧锂离子电池(LIBs)将需要越来越多的报废管理。这还不包括电池生产过程中将产生的大量制造废料(Van Hoof等，2023；Statter等，2023)。"黑粉"是一种通过废旧锂离子电池(LIBs)和电池生产废料的预处理获得的黑色粉末材料，在电池回收市场中已成为日益重要且数量不断增长的材料。其主要由正极材料(尤其是镍锰钴/NMC锂离子电池)和负极材料中的有价金属组成。尽管"黑粉"这一名称简单直接，但根据处理的电池/废料及预处理技术/工艺的不同，其特性可能存在显著差异，如图1所示。例如，报废电池可能经过放电处理也可能未放电，这将决定其中仍保留多少电化学能量并转化为化学能——即单质锂可能仍嵌入石墨粉末中（Statter等，2023）。
如图2所示（Sojka等，2020），这些材料可能经历放电处理、热预处理（如热解或高温分解），这些步骤可在机械预处理（例如在惰性燃料费环境下的湿法粉碎或干法粉碎，以及是否进行分离操作）之前或之后进行。全年龄而言，黑粉主要可分为三大类及更多亚型，其差异主要体现在：是否进行放电处理、采用湿法或干法粉碎、是否通过热预处理去除电解液溶剂、是否从电极材料（锂金属氧化物与石墨）中分离铜/铝箔和铝/铁壳体。
另一方面，其有害成分含量（如重金属、卤素元素、残留易燃有机物及可燃粉尘颗粒）与潜在危险气体排放，可能在处理黑粉过程中引发环境、健康或安全（EHS）问题。例如，当黑粉中的铝粉接触水或湿气时会产生H2；LiPF6水解或分解会形成HF；以及NH3高温热解过程中生成的氮化铝(AlN)可能是导致这一现象的原因。然而迄今为止，电池回收行业中黑粉的火灾爆炸危险性仍未引起科学界的足够重视。本研究仅聚焦于火灾爆炸危险性，不涉及环境与健康问题。我们首次从三个维度对黑粉的阴燃火灾危险性与粉尘云爆炸特性进行了基础性研究：散装储存时的阴燃火灾风险，以及粉尘云的爆炸危险性。具体而言，本研究首先分析了选定黑粉样品的自热诱导阴燃火灾风险，随后通过实验探究了其粉尘爆炸危险性，最终考察了黑粉样品在潮湿/水存在条件下的可燃气体释放行为。基于初步研究结果，本文旨在向学术界和电池回收行业揭示黑粉相关的火灾爆炸安全问题，以期激发并汇集缓解此类危险的新思路。
引言
如图2所示（Sojka等，2020），这些材料可能经历放电处理、热预处理（如热解或高温分解），这些步骤可在机械预处理（例如在惰性燃料费环境下的湿法粉碎或干法粉碎，以及是否进行分离操作）之前或之后进行。全年龄而言，黑粉主要可分为三大类及更多亚型，其差异主要体现在：是否进行放电处理、采用湿法或干法粉碎、是否通过热预处理去除电解液溶剂、是否从电极材料（锂金属氧化物与石墨）中分离铜/铝箔和铝/铁壳体。
另一方面，其有害成分含量（如重金属、卤素元素、残留易燃有机物及可燃粉尘颗粒）与潜在危险气体排放，可能在处理黑粉过程中引发环境、健康或安全（EHS）问题。例如，当黑粉中的铝粉接触水或湿气时会产生H2；LiPF6水解或分解会形成HF；以及NH3高温热解过程中生成的氮化铝(AlN)可能是导致这一现象的原因。然而迄今为止，电池回收行业中黑粉的火灾爆炸危险性仍未引起科学界的足够重视。本研究仅聚焦于火灾爆炸危险性，不涉及环境与健康问题。我们首次从三个维度对黑粉的阴燃火灾危险性与粉尘云爆炸特性进行了基础性研究：散装储存时的阴燃火灾风险，以及粉尘云的爆炸危险性。具体而言，本研究首先分析了选定黑粉样品的自热诱导阴燃火灾风险，随后通过实验探究了其粉尘爆炸危险性，最终考察了黑粉样品在潮湿/水存在条件下的可燃气体释放行为。基于初步研究结果，本文旨在向学术界和电池回收行业揭示黑粉相关的火灾爆炸安全问题，以期激发并汇集缓解此类危险的新思路。