firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/0869-7493.2025.34.06.67-76firesmi-1579Research ArticleСРЕДСТВА И СПОСОБЫ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВMEANS AND WAYS OF FIRE EXTINGUISHINGМеждународный опыт обеспечения пожарной безопасности применения литий-ионных батарейInternational experience in ensuring fire safety using lithium-ion batterieshttps://orcid.org/0000-0003-1916-2547ШебекоЮ. Н.ShebekoYu. N.

ШЕБЕКО Юрий Николаевич, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник

143903, Московс­кая обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12

РИНЦ AuthorID: 47042, Scopus: 7006511704

Yury N. SHEBEKO, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Chief Researcher

VNIIPO, 12, Balashikha, Moscow Region, 143903, Russian Federation

Scopus: 7006511704

yn_shebeko1@mail.ruВсероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствийРоссияAll-Russian Research Institute for Fire Protection of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural DisastersRussian Federation2025301220253466776Copyright © Шебеко Ю.Н., 20252025Шебеко Ю.Н.Shebeko Y.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1579Введение

Введение. Проведено обоснование необходимости анализа международного опыта обеспечения пожарной безопасности применения литий-ионных батарей (ЛИБ). Актуальность статьи обусловлена большим количеством инцидентов с пожарами и взрывами на объектах различного назначения, где применяются ЛИБ. Целью работы является аналитический обзор исследований в области всевозможных аспектов пожарной безопасности использования ЛИБ в различных странах мира.

Анализ имевших место аварий и пожаров с участием литий-ионных батарей. Проанализированы имевшие место в мировой практике эксплуатации ЛИБ аварии с пожарами и взрывами. Выявлены три группы условий возникновения упомянутых инцидентов: перегрев или воздействие внешнего пламени, излишний заряд или короткое замыкание, механическое разрушительное воздействие.

Условия возникновения и развития аварий ЛИБ. Описаны основные явления, реализующиеся при авариях ЛИБ. При аварии происходит неконтролируемый нагрев содержимого батареи с образованием большого количества горючих газов, зажигание которых приводит к сгоранию образовавшейся газовоздушной смеси, в том числе и в режиме взрыва. В составе этих газов зарегистрированы водород, метан, этилен, пропан и более тяжелые углеводороды. На вероятность возникновения аварии в значительной степени влияет уровень заряда батареи — чем он выше, тем более вероятна авария и больше ее последствия.

Методы ликвидации аварий и пожаров литий-ионных батарей. Отмечена важная роль аварийной вентиляции в предотвращении образования взрывоопасных газовоздушных смесей. Тушение пожаров ЛИБ существенно осложняется тем обстоятельством, что самоускоряющиеся химические реакции внутри аварийной батареи могут протекать без доступа воздуха. Поэтому применение газовых средств пожаротушения может привести к повторным воспламенениям после ликвидации первоначального очага пламени, если не произвести необходимое охлаждение горящей батареи. В силу этого наиболее подходящим средством пожаро­тушения является вода.

Выводы

Выводы. На основании проведенного анализа сделан вывод, что аварии и пожары ЛИБ обусловлены протеканием самоускоряющихся реакций в электролите батареи. При этом, помимо выделения тепла, образуется большое количество горючих газов. Отмечено, что в качестве средства пожаротушения рекомендуется применение воды.

Introduction

Introduction. The necessity of analyzing international experience in ensuring fire safety in the use of lithium-ion batteries (LIB) was substantiated. The relevance of the paper is due to the large number of incidents involving fires and explosions at various facilities where LIB are used. The aim of the work is to provide an analytical review of research in the field of all possible aspects of fire safety in the use of LIB in different countries around the world.

Analysis of LIB accidents with fires and explosions. The accidents with fires and explosions taking place at LIB applications were analyzed. The three types of conditions leading to the LIB accidents were revealed: overheating or flame action; overcharge or short circuit; mechanical destruction.

Conditions of an initiation and evolution of LIB accidents. Main phenomena taking place at the LIB accidents were described. A thermal runaway with heating and decomposition of the electrolyte with a generation of high quantities of flammable gases occurs. An ignition of these gases may cause an explosion with the following fire. These gases can include hydrogen, carbon monoxide, methane, ethylene, propane and other hydrocarbons. A state of charge (SOC) of a battery influences strongly the consequences of the accident — the higher is SOC the more probable is the accident and the heavier are its consequences.

Methods for elimination of LIB accidents and fires. It was mentioned that an extinguishing of LIB fires is complicated by the circumstance that self-accelerating runaway reactions inside batteries proceed without a presence of oxygen. Therefore an application of gaseous, powder and aerosol fire extinguishing agents can lead to secondary ignitions after a liquidation of a flame if the necessary cooling of the battery is not made. A conclusion is made that water is more suitable and reliable agent for a fire extinguishing of LIB.

Conclusions

Conclusions. Based on the analysis, it was concluded that accidents and fires involving LIBs are caused by self-accelerating reactions in the battery electrolyte. In addition to heat release, this process generates a large amount of combustible gases. It was noted that water is recommended as a fire extinguishing agent.

самоускоряющиеся реакциигорючие газыуровень заряда батареиаварийная вентиляциясредства пожаротушенияself-accelerating reactionsflammable gasesstate of chargeaccidental ventilationfire extinguishing agentsReferencesЕмельянов Р.А., Казаков А.В., Бухтояров Д.В., Хатунцева С.Ю. Развитие нормативной базы в области пожаротушения литий-ионных аккумуляторов // Пожарная безопасность/Fire Safety. 2024. № 1 (114). С. 97–101. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2024.114.1.011. EDN FXBOWE.Emelyanov R.A., Kazakov A.V., Bukhtoyarov D.V., Hatunzeva S.Yu. Elaboration of the regulatory framework in the field of extinguishing fires of lithium-ion batteries. Fire Safety. 2024; 1(114):97-101. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2024.114.1.011. EDN FXBOWE. (rus).Харламенков А.С. Пожарная опасность применения литий-ионных аккумуляторов в России // Пожаро­взрывобезопасность/Fire and explosion safety. 2022. № 31 (3). С.96–102. EDN DHUDNE.Kharlamenkov A.S. The fire hazard of the use of lithium-ion batteries in Russia. Fire and Explosion Safety/Pozharovzryvobezopasnost’. 2022; 31(3):96-102. EDN DHUDNE. (rus).Орлов О.И., Комельков В.А., Сорокин Д.В. Пожарная опасность литий-ионных аккумуляторов // Современные проблемы гражданской защиты. 2023. № 4 (49). С. 177–188. EDN DGRGQQ.Orlov O.I., Komelkov V.A., Sorokin D.V. Fire hazard of lithium-ion cell. Modern Problems of Civil Protection. 2023; 4(49):177-188. EDN DGRGQQ. (rus).Терентьев Д.И., Тикина И.В., Курочкин А.Р., Сатюков Р.С. Предварительное исследование пожаро­опасных свойств литий-ионных аккумуляторов // Техносферная безопасность. 2024. № 3 (44). С. 25–34. EDN EOLZGH.Terentiev D.I., Tikina I.V., Kurochkin A.R., Satukov R.S. Preliminary investigation of the fire-hazardous properties of lithium-ion batteries. Technosphere Safety. 2024; 3(44):25-34. EDN EOLZGH. (rus).Мельник А.А., Елисеев Ю.Н., Мокряк А.В., Иванов Д.В. Обзор огнетушащих средств при тушении литий-­ионных батарей // Сибирский пожарно-спасательный вестник. 2021. № 2 (21). С. 33–35. DOI: 10.34987/vestnik.sibpsa.2021.30.61.006. EDN BHAFXJ.Melnik A.A., Eliseev Yu.N., Mokryak A.V., Ivanov D.V. A review of fire-extinguishing agent on suppressing lithium-ion batteries fire. Siberian Fire and Rescue Bulletin. 2021; 2(21):33-35. DOI: 10.34987/vestnik.sibpsa.­­2021.30.61.006. EDN BHAFXJ. (rus).Wang Q., Mao B., Sun J., Stoliarov S.I. A review of lithium ion battery failure mechanisms and fire prevention strategies // Progress in Energy and Combustion Science. 2019. No. 73. Pp. 95–131. DOI: 10.1016/j/pecs.2019.03.002. EDN DRCHAH.Wang Q., Mao B., Sun J., Stoliarov S.I. A review of lithium ion battery failure mechanisms and fire prevention strategies. Progress in Energy and Combustion Science. 2019; 73:95-131. DOI: 10.1016/j/pecs.2019.03.002. EDN DRCHAH.Willstrand O., Hynynen J., Karlsson A., Brandell D. Gas release from lithium ion batteries and mitigation of potential consequences : Proceedings of the 15th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions (ISHPMIE-2024). Naples, Italy, 2024. Pp. 137–148. DOI: 10.5281/zenodo.12621001Willstrand O., Hynynen J., Karlsson A., Brandell D. Gas release from lithium ion batteries and mitigation of potential consequences : Proceedings of the 15th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions (ISHPMIE-2024). Naples, Italy, 2024; 137-148. DOI: 10.5281/zenodo.12621001Daragan F.G., Spörhase S., Kianfar A., Limbacker B., Hahn A., Essmann S. Thermal runaway of lithium ion batteries in flameproof enclosures: Effect of internal surface and gas mixture : Proceedings of the 15th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions (ISHPMIE-2024). Naples, Italy, 2024. Pp. 159–169. DOI: 10.5281/zenodo.12621001Daragan F.G., Sporhase S., Kianfar A., Limbacker B., Hahn A., Essmann S. Thermal runaway of lithium ion batteries in flameproof enclosures: Effect of internal surface and gas mixture : Proceedings of the 15th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions (ISHPMIE-2024). Naples, Italy, 2024; 159-169. DOI: 10.5281/zenodo.12621001Dubanewicz T., DuCarme J.T. Further study of the intrinsic safety of internally shorted lithium and lithium-ion cells within methane-air // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2014. No. 32. Pp. 165–173. DOI: 10.1016/j.jlp.2014.09.002Dubanewicz T., DuCarme J.T. Further study of the intrinsic safety shorted lithium and lithium-ion cells within methane-air. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2014; 32:165-173. DOI: 10.1016/j.jlp.2014.09.002Sun P., Bisschop R., Niu H., Huang X. A review of battery fires in electric vehicles // Fire Technology. 2020. No. 56 (4). Pp. 1361–1410. DOI: 10.1007/s10694-020-00958-2. EDN CQOTOS.Sun P., Huang X., Bisschop R., Niu H. A review of battery fires in electric vehicles. Fire Technology. 2020; 56:1361-1410. DOI: 10.1007/s10694-020-00958-2. EDN CQOTOS.Shen X., Hu Q., Zhang Q., Wang D., Yuan Sh., Jiang Ju. et al. An analysis of li-ion induced potential incidents in battery electrical energy storage system by use of computational fluid dynamics modeling and simulations: The Beijing April 2021 case study // Engineering Failure Analysis. 2023. No. 151. P. 107384. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2023.107384. EDN RMTZRU.Shen X., Hu Q., Zhang Q., Wang D., Yuan Sh., Jiang Ju. et al. An analysis of li-ion induced potential incidents in battery electrical energy storage system by use of computational fluid dynamics modeling and simulations: The Beijing April 2021 case study. Engineering Failure Analysis. 2023; 151:107384. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2023.,107384. EDN RMTZRU.Peschel I., Sporhase S., Kianfar A., Markus D., Essman S. Reproduction of the pressure load due to the thermal runaway of NMC cell in a flameproof enclosure by gas explosions : Proceedings of the 15th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions (ISHPMIE-2024). Naples, Italy. Pp. 262–271. DOI: 10.5281/zenodo.12621001Peschel I., Sporhase S., Kianfar A., Markus D., Essman S. Reproduction of the pressure load due to the thermal runaway of NMC cell in a flameproof enclosure by gas explosions : Proceedings of the 15th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions (ISHPMIE-2024). Naples, Italy, 2024; 262-271. DOI: 10.5281/zenodo.12621001Li W., Rao Sh., Xiao Ya., Gao Zh., Wang H., Quyang M. Fire boundaries of lithium-ion cell eruption gases caused by thermal runaway // ISience. 2021. No. 24 (5). P. 102401. DOI: 10.1016/j/isei.2021.102401. EDN FDJTGH.Li W., Rao Sh., Xiao Ya., Gao Zh., Wang H., Quyang M. Fire boundaries of lithium-ion cell eruption gases caused by thermal runaway. ISience. 2021; 24(5):102401. DOI: 10.1016/j/isei.2021.102401. EDN FDJTGH.Baird A.R., Archibald E.J., Marr K.C., Ezekoye O.A. Explosion hazards from lithium-ion battery vent gas // Journal of Power Sources. 2020. No. 446. P. 227257. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.227257. EDN VRDCIE.Baird A.R., Archibald E.J., Marr K.C., Ezekoye O.A. Explosion hazards from lithium-ion battery vent gas. Journal of Power Sources. 2020; 446:227257. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.227257. EDN VRDCIE.Ping P., Wang Q., Huang P., Li K., Sun J., Kong D. et al. Study of the fire behavior of high-energy lithium-ion batteries with full-scale burning test // Journal of Power Sources. 2015. No. 285. Pp. 80–89. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2015.03.035Ping P., Wang Q., Huang P., Li K., Sun J., Kong D. et al. Study of the fire behavior of high-energy lithium-ion batteries with full-scale burning test. Journal of Power Sources. 2015; 285:80-89. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2015.03.035Summer S.M. Flammability assessment of lithium-ion and lithium-ion polymer battery cells designed for aircraft power usage // DOT/FAA/AR-095/55. Air Traffic Organization NextGen and Operations Planning Office of Research and Technology Development. Washington. DC 20591. 2010. P. 22. URL: https://www.fire.tc.faa.gov/pdf/09-55.pdfSummer S.M. Flammability assessment of lithium-ion and lithium-ion polymer battery cells designed for aircraft power usage. DOT/FAA/AR-095/55. Air Traffic Organization NextGen and Operations Planning Office of Research and Technology Development. Washington. DC 20591. 2010; 22. URL: https://www.fire.tc.faa.gov/pdf/09-55.pdfAlmodavar C.A., Boeck L.R., Bouwens C.R.L. Effects of heating rate on thermal runaway of LFP lithium-ion batteries: Vent gas quantification and composition analysis : Proceedings of the 15th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions (ISHPMIE-2024). Naples, Italy. Pp. 149–158. DOI: 10.5281/zenodo.12621001Almodavar C.A., Boeck L.R., Bouwens C.R.L. Effects of heating rate on thermal runaway of LFP lithium-ion batteries: Vent gas quantification and composition analysis : Proceedings of the 15th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions (ISHPMIE-2024). Naples, Italy, 2024; 149-158. DOI: 10.5281/zenodo.12621001Wang Q., Shao G., Duan Q., Chen M., Li Y., Wu K. et al. The efficiency of heptafluoropropane fire extinguishing agent on suppression the lithium titanate battery fire // Fire Technology. 2016. No. 52 (2). Pp. 387–396. DOI: 10.1007/s10694-015-0531-9. EDN FEYEGZ.Wang Q., Shao G., Duan Q., Chen M., Li Y., Wu K. et al. The efficiency of heptafluoropropane fire extinguishing agent on suppression the lithium titanate battery fire. Fire Technology. 2016; 52(2):387-396. DOI: 10.1007/s10694-015-0531-9. EDN FEYEGZ.Wang H., Xu H., Zhang Z., Wang Q., Jin Ch., Wu Ch. et al. Fire and explosion characteristics of vent gas from lithium-ion batteries after thermal runaway : а comparative study // eTransportation. 2022. No. 13. P. 1001990. DOI: 10.1016/etran.2022.100190. EDN JVXRYN.Wang H., Xu H., Zhang Z., Wang Q., Jin Ch., Wu Ch. et al. Fire and explosion characteristics of vent gas from lithium-ion batteries after thermal runaway : а comparative study. eTransportation. 2022; 13:1001990. DOI: 10.1016/etran.2022.100190. EDN JVXRYN.Yuan Sh., Chang Ch., Yan Sh., Zhou P., Qian X., Yuan M. et al. A review of fire extinguishing agent on suppression lithium-ion batteries fires // Journal of Energy Chemistry. 2021. No. 62. Pp. 262–280. DOI: 10.1016/j.jechem.2021.03.031Yuan Sh., Chang Ch., Yan Sh., Zhou P., Qian X., Yuan M. et al. A review of fire extinguishing agent on suppression lithium-ion batteries fires. Journal of Energy Chemistry. 2021; 62:262-280. DOI: 10.1016/j.jechem.2021.03.031

The authors declare that there are no conflicts of interest present.