锂电池让民航飞机谈虎色变的原因

最近一期日本物流月刊《SPACE》载文，就当下特种货运的热点问题锂电池对木下特种咨询公司代表木下达雄先生进行了专访。木下先生是日本特种货运界的老前辈，从50年代起曾担任美国泛美特种公司亚太区总裁，直至该公司被后来的美国联合特种公司兼并。他精通IATA危险品规则，并长期从事特种货物危险品的咨询和培训事业。他也曾经是我敬重的同事和师长。衷心希望本文能够对业界同仁在应对锂电池的特种运输安全方面有所启迪和借鉴。

锂电池，作为平板电脑以及智能手机、数码照相机、游戏机、便携式AV播放器等任何先端便携式设备的驱动电源是不可或缺的存在。当然，其作为贸易商品亦是持续增长的“时代宠儿”。然而对于民航飞机而言，锂电池又是极其危险的存在。

作为特种货物危险品的锂电池

估计大家对电动平衡车都不陌生吧。在去年岁末圣诞节前后的旅游季节到来之前，欧美特种公司突然联手出台新规，对电动平衡车发出禁令，“既不允许作为交运行李托运，也不允许作为手提行李带入机内”。针对一钟“特定商品”既不允许装入货舱，也不允许带入机内，这在业界迄今为止实属罕见。电动平衡车，在当下的欧美属于热销商品，特别是正值旅游季节，很多年轻人携带电动平衡车出行已然成为一种时尚。因此，报纸和电视媒体电动平衡车遭禁进行了大肆报道，一时间引起轩然大波。

特种公司之所以对具有代步功能的电动平衡车下逐客令，是因其不仅仅在空中，即使在地面都自燃事故频仍，而且导致其自燃的罪魁祸首竟然是作为动力源的“锂电池”。由此可能让读者联想到2013年波音787梦想飞机在日本投入航班运行不久，即接二连三发生因锂电池装置热失控导致冒烟事故频发从而不得不停飞的名噪一时的报道。?

?锂电池正常和非正常时的状态对比

锂电池，在我们日常生活中使用的智能手机以及高科技产品当中，是最现代的“体积小、功能强的电源”，但同时锂电池在特种运输中被归类为危险品，其搭载飞机受到国际规则的严格限制。那么锂电池何以在特种运输中被作为危险品，特种界以及联合国机构对于锂电池运输又是如何对应的呢？

所谓锂电池，简言之就是将锂用于电极素材的电池。锂电池有一次性的锂金属电池、锂合金电池和充电式（二次性）锂离子电池、锂离子聚合物电池。锂电池同其他电池相比有以下优点：

1）能量密度高，小型轻量和高电压；

2）保存性良好，长期放置放电率低，兼具循环特性好和记忆效果小的特点（注：循环特性：充电型反复充放电，电池劣化小。记忆效果：是指在电池残量存在的状态，电池容量逐渐减弱现象）

3）低温下也可以使用，而且直到放电末期电量不降低。

就是这种锂电池，在众多锂电池特性当中以其循环特性和记忆效果，被作为日常可反复充电使用的电源用于手机和平板电脑，成为“高科技时代的宠儿”。正因为如此，就像有报告显示的一样，锂离子二次电池的世界市场2014年约合520亿元，而5年后的2019年据预测会飙升至31.9%增量的大约1030亿元。中国和韩国在锂电池全球市场中占有率都很高，而日本在更高性能的锂离子电池以及电动汽车用的大容量锂离子电池方面走在世界前列。另据日本一般社团法人电池工业协会发表的数据，2014年日本生产的锂离子电池数量达到15.3亿个，价值约187亿元（占整个电池产量的49%）。其中，日本出口的锂离子电池也日益增多。但是，美中不足的是这一“高科技的时代宠儿”自身也存在者可以说唯一的重大缺陷，即锂的素材本身具有化学上的“易热膨胀”特征，容易发生热膨胀→热失控→发火燃烧事故。其中最娇气最容易热失控的当属锂金属电池，而锂离子电池如果操作不当也同样存在危险。（以下本文的锂离子电池简称为锂电池）。那么锂电池何以成了特种界的“危险品“呢？

按照木下达雄先生的说法，锂电池对于飞机构成危险是出于锂电池的物理性原因。“锂电池的生产是在地表101.3KPa的气压中进行的，而飞机飞行在一万公尺高空的气压是26KPa。如果机内持续101.3KPa，同外部气压的压差过大，就无法保证飞机机身的安全，所以机舱内的气压调至76KPa，也就是这个原因，约25%的舱内压力要低于地表气压，所以会导致锂电池的外壳发生相应膨胀恶化从而破裂的热失控现象。如果用通熟易懂的气压单位来说明，在地面1个气压的机舱在一万公尺的上空只有0.75个气压，那为什么不像地面一样设置为1个气压呢。因为内外气压差过大会有可能会造成机体外壳无法适应膨胀（最新的波音787因为机体是碳纤维材料，所以可以降至0.8气压）。然而，针对于地面的1个气压，飞行中的机舱0.75气压之间25%的压差，这25%的压差足以使装载在货舱中的锂电池外壳发生膨胀。就像乘坐过飞机的人感受过的一样，在飞行中带入机舱的点心袋子在高空同样会发生膨胀鼓起现象，而到了飞机到了地面后袋子又会恢复原状，同样现象高空中的锂电池也同样会发生。“当下的手机以及笔记本电脑更加超薄、轻便，而且高性能化，那么内置在这些设备上的锂电池（包括外壳）也相应变小变轻并且具有强大电压，这样就更增加了锂电池外壳破裂的危险性”。“锂电池有纽扣型和圆筒型多种多样，基本上形状都很小，作为空运货物运输时每个包装箱里装有一定数量，哪怕一捆电池中的一个发生热失控，马上会像多米诺骨牌一样波及箱中的所有电池热失控，进而发火燃烧”，其着火后的热量温度高达650度。更糟糕的是，其温度足以融化以铝合金为主要素材的飞机机体以及集装箱。“尽管通常飞机上配备有哈龙灭火器，但是以泡沫灭火的哈龙灭火器对于高热的锂电池火苗的灭火作用微乎其微，最有效的方法还是通过水来降低温度灭火，而飞机上是不可能配置消防用水的”。

不适当的操作？导致电池热失控频仍

总而言之，自锂电池在世界各地的高科技工厂间大量且频繁游走的7、8年前起，飞机失火坠毁事故接连发生（推测锂电池是罪魁祸首）。当然，我们无法肯定所有飞机的失火事故都是因锂电池而起。譬如去年11月曾发生某特种公司货机从上海起飞在去往美国途中，因“货舱火灾报警器报警”在日本羽田机场紧急着陆。媒体也只是报道了“有迹象表明机上装载货物的部分包装烧焦导致货舱内的自动报警装置启动”，但是业界相关人士都无一例外地推测“肯定又是锂电池所致”。既然这类起因于锂电池的热失控事故或近乎飞行事故的状况为媒体所关注，足以说明锂电池在全球特种运输中存在隐患的可能性还是存在的。波音787飞机发生的锂电池异常，也是单组电池8个直列连接的锂电池热失控的结果所致。因此，波音公司之后对锂电池系统进行了一系列安全措施改进，包括完善锂电池芯的绝缘性和耐热性以及防止锂电池过剩充电和放电的改进，还在锂电池装置的外部加装了牢固的不锈钢罩，所以现在的波音787飞机才得以安全飞行。当然，每年都对危险品规则进行修订的国际特种运输协会（以下简称IATA）以及隶属于联合国机构下的国际民航组织（以下简称ICAO）也及早出台新规和对策，提高业界对锂电池作为特种危险品的认识。

特种界和锂电池产业界围绕锂电池之争

IATA每年发行的危险品规则，是基于联合国危险货物运输专家小委员会的规则书范本以及ICAO每两年发行一次的“特种器危险品安全运输技术指针”制定的。所以可以说IATA危险品规则规定的最新危险品货物相关操作指南是全球标准。自2011年以后，该规则书对于锂电池的相关操作方法和规则频繁修订。此后，又经多方反复讨论的结果，于2014年将“单体锂电池作为货物转载于特种器的个数、装载量限度”指针收录于IATA危险品规则之中。具体一点儿说，规则规定镶嵌在笔记本电脑以及游戏机、手机等商品中的锂电池，或者同商品一同包装在一起的锂电池没有任何问题，但对于“单独锂电池”交运时的限量有了新的限制。顺便说一下，从2105年1月1日起，锂金属电池作为货物装载于客机腹舱被明文禁止，只能严格按照规则装载于货机。实际上，美国早在此之前就已经明令禁止锂电池装载于客机，IATA于2015年也将之作为世界标准规则加以采用。ICAO和IATA如此步调一致，实际上是迫于特种相关业界，特别是飞行员协会以及飞机制造公司“要进一步加强锂电池运输安全”呼声的压力，其中更有甚者还主张“完全禁止所有锂电池的特种运输”（飞行员工会）。去年10月19日在加拿大蒙特利尔召开的为期两周的ICAO危险品专题会议上，围绕锂电池的特种运输规则进行了由“利害相关者”参加的白热化讨论。所谓利害相关者都指的是那些人呢？毫无疑问，一方是强烈反对锂电池用于特种运输的飞行员协会和飞机制造公司。飞行员之所以反对，是基于安全驾驶飞机是飞行员第一要义，哪怕些许危险要素都希望尽早排除，这一点毋庸置疑。而波音公司等飞机制造业巨头也向特种公司提出劝告，“直到有更加安全的运输手段之前”不要将锂电池作为特种货物装载于客机，而与此针锋相对的以锂电池应用遍及全球的电子技术行业，则以“阻碍先端产业发展为由”希望规则尽可能放松限制，甚至强烈反对飞机禁运限制。

电池作为战略部品/特种运输必不可少

电子技术业界的态度何以如此强硬，这是因为“锂电池对于世界高科技产业是极其重要的”战略部品“之一。锂电池的国际物流基本上以海运为主，特种运输占比并不多。海运相对安全，不会像空运一样存在压差，而且运输成本低。但是如果从市场战略角度考虑，无论手机，还是平板电脑等新机种如果要在全球同步上市，那么作为其基干部分的锂电池也就不能不组合在高速供应链中一并考虑。从市场战略企划到研发→生产→世界同步上市一系列流程，要在国际竞争中通常以最短的时效展开，这就不能不依赖于特种运输。反之如果“不使用特种”，在物流战略上就难免不出问题。这就是电子技术行业强烈反对锂电池空运限制的理由。另外，为此大声疾呼强烈反对针对锂电池进行限制的，还有电器产业界的世界大牌企业。这些大型锂电池产业巨头，严格遵守联合国的规则正确地研发生产电池，并在反复进行严格产品测试的基础上，才让锂电池商品上市。因而，这些大型企业的产品在空运时发生事故的可能性极小。毫无疑问，问题肯定出在那些二流、三流的不知名企业生产的锂电池上。那些低技术且不熟悉联合国有关危险品规则的生产企业，根本没有雄厚财力对产品进行反复测试，只是凭借价格低廉大量生产廉价、不合乎要求的锂电池销往世界各地。正因为如此，上述大公司强烈主张，“如果严格规则或全面禁运，那些劣质锂电池产品就有可能转而藏身地下，或采取瞒报、在运单上伪称”电子部件“混入飞机。这样一来，危险性更高了。更有有企业为之愤怒，因为这些劣质产品的存在，让那些实实在在按照危险品规则进行生产运输的优良企业也一并受到牵连，被视为危险存在。

作为另一方的当事者，特种公司业界的想法是如何呢？当然，特种公司也是安全第一。但是在世界航企运能过剩、货量严重不足的当下，锂电池是为数不多有望的货物，特种公司是轻易不会放弃的（属于危险品，但也属于重货，可以有更好的收益）。据日本海关公布的去年1月到10月的数据显示，日本始发的锂电池在特种货物运输中所占的比重达9%的3920吨。这9%的锂电池出口选择特种运输同其他品目相比并不逊色，而且锂电池系列最近问世的一种有“蓄电装置“之称的电容器的发货量也在急剧增加。另外，最近令人瞩目的世界大型车企加紧研发并增加产量的电动汽车的发动机以及电池作为最先端超强电压的还是锂电池。锂电池作为重货，深受特种公司青睐，只要安全性有保障，锂电池产品对于特种公司业界来说依然是非常愿意拓展的特种产品。首先，生产锂电池的电子技术行业，包括其他的电子产品是不容小窥的。

降低充电率和加固包装达成和解

在去年10月下旬召开的ICAO蒙特利尔会议上由危险品分组会议的参与者们给出了各种对策，其结论归纳起来有两个：其一是“将用于特种运输的锂电池的充电率控制在30%以下（发火危险率小），“其二是允许一票AWB中的锂电池可以到一个包装单位，而且就其包装强度设定了新的规格”。该会议根据这两个新规，对于锂电池的特种运输远比此前“更安全”而胸有成竹。通过对一家日本业内最大锂电池生产企业进行了解，“过去基本上对锂离子二次电池的充电率是在50%左右出厂（海运、陆运都一样），按照ICAO的决议，从2016年4月1日起均按照30%充电率出厂”，为此并未给锂电池制造企业造成更多的负担。但是“包装强度按照更高的标准重新设计规格，无疑会增加厂家的包装以及物流成本。这样一来，特种公司也必然会面临运费降价压力，所以无论对货主，还是对特种公司双方而言，此番规则的改变都算不上什么好事。

更令人担心的还是对规则的破坏和对规则的无知

非但如此，最令人担心的还是，因为严格规则的实施，部分发展中国家的制造企业以及中小企业生产的粗制滥造的锂电池，会被假以各种名目或改头换面混迹于一般普货当中的这种可能性还是存在的。这其中最让相关各方警觉的还是具有“世界工厂”之称的中国制造的锂电池。据中国国家统计局公布的数字，中国在2014年仅锂金属电池就生产了52亿9000万个，而日本同年的产量是9亿2500万个，两者相差5.7倍。当然，不能对所有锂电池都一概而论视为粗制滥造，但如此多的企业生产如此大批量的锂电池，在现实当中鱼目混珠、良莠不分也是在所难免的。令人担心的还是，在中国的很多企业，时至今日尤其对危险品货物的认识还很淡薄。去年8月发生在天津港的危险品仓库大爆炸恐怕还记忆犹新，然而更令全世界愕然的是，在有如此规模的国际贸易港，甚至还是专门从事危险品货物的企业，居然现场的实际操作人员竟毫无危险化学品的操作知识。天津港事故发生后，天津机场就不用说了，中国国内几乎所有国际机场都停止收运危险品，时至今日这一状况还在继续。这足以表明在中国的主要国际机场，目前并无完善的危险品操作设施和具备有资质的从业人员。文章开头我们提到的电动平衡车亦是如此，发生自燃事故的产品几乎无一例外地出自中国。有识之士推测，像电动平衡车这种设备本身要承载一个人所需要的动力，毫无疑问需要搭载强大电压的锂电池，这就不能不令人担忧了。同时，这种产品的设计者对锂电池的热失控特性不管是无知还是忽略都是一种危险的存在。不久前，几乎所有的欧美特种公司针对这种即便在地面自燃事故频仍的娱乐用具所采取的禁运措施实在是明智之举。

最后，作为本文结论，只要大型企业应用先进的制造技术并按照联合国的规则进行生产，同时按照IATA危险品规则进行包装和运输，锂电池即便在空中也绝对不是过分危险的危险品。还在持续进步和发展的锂电池是现代信息设备的心脏，特种货运业也不希望它从特种货物当中消失。