鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)消防安全措施研究及對策

蔡強

天津力神電池股份有限公司 天津 300110

在過去的10年里，我們國家的鋰離子電池已經(jīng)取得了顯著的成就，每年的鋰電池產(chǎn)量達到了國際年產(chǎn)量的三分之一。關(guān)于產(chǎn)品的應用，鋰電池的需求越來越大，其范圍也在不斷擴大。

1 鋰離子電池的特性

鋰離子電池保持鋰電池的優(yōu)點很多，比如特定的能量高，工作溫度范圍寬，電壓穩(wěn)定，儲存壽命長，可以快速充電，沒有記憶效應。在安全性方面，鋰離子電池比金屬鋰電池安全得多。特別是在采用了控制措施后，鋰離子電池的安全性得到了保證.電池已經(jīng)通過諸如擠壓、針刺、短路、過充過放等測試，而且沒有任何風險。

2 安全生產(chǎn)對策措施

2.1 技術(shù)措施

(1)結(jié)構(gòu)安全設計。鋰離子電池具有很大的危險性，為保證產(chǎn)品安全，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計上采用了很多安全措施，如熱密封膜片、防爆蓋、安全閥等都是國際上使用較多措施。(2)熱封閉隔膜?！盁崾Э亍笔请x子鋰電池產(chǎn)生的風險的主要原因之一，它可以通過加熱或短路來更好地控制離子電池的溫度。當電池處于高溫、閉合等溫度時，虹膜會自動軟化，一旦達到隔膜的軟化的溫度，電流就會耗盡，電池就不會有過熱或短路的風險[1]。(3)設置排氣、防爆裝置。當鋰電池被加熱或發(fā)生熱反應后，會使電解液分解，釋放大量氣體，因為鋰電池的結(jié)構(gòu)是密封結(jié)構(gòu)，所以會發(fā)生物理爆炸。設置排氣防爆裝置，可減少此類物理爆炸事故的發(fā)生。(4)選擇合適的添加劑。在電池充電過程中，電解液中的添加劑在正極處發(fā)生電化學聚合反應，產(chǎn)生H+，還原為H：當H+轉(zhuǎn)移到負極時，電池內(nèi)部壓力顯著增加。如果電池防爆閥未及時打開，就會發(fā)生爆炸危險。導致電池熱失控的熱量主要來源于電池內(nèi)部的化學反應熱，在電池內(nèi)部添加阻燃劑材料，可以大大提高電池的熱穩(wěn)定性，對抑制電池熱失控起到很大作用。

2.2 管理要求

（1）改善鋰離子電池生產(chǎn)環(huán)境。鋰離子電池的制造工藝對環(huán)境要求非常嚴格，要防止極片和膜片落下顆粒和碎片，因為制造工藝中的雜質(zhì)會影響鋰電池的安全性，導致薄膜厚度不均勻，發(fā)熱不均勻。(2)改善鋰離子電池的使用、運輸和儲存。在運輸方面，必須特別注意鋰電池的溫度和壓力，防止電池的沖擊和振動，并在必要時采取措施減少震動，并確保通風。(3)規(guī)范用戶或管理人員的行為。在大多數(shù)事故中，人為因素占據(jù)了主導地位，鋰離子電池的火災事故也是如此。所有與鋰離子電池接觸的人都必須了解鋰離子電池的基本知識。相關(guān)托運人和安全人員，必須了解電池在運輸過程中的特殊性。管理人員必須熟悉鋰電池的生產(chǎn)、儲存、運輸和包裝，避免因為工作人員的不正確行為導致安全事故的發(fā)生。用戶應充分了解鋰離子電池的使用方法，避免操作不當造成風險。

2.3 提高電池生產(chǎn)標準

對于電池生產(chǎn)部門來說，最行之有效的莫過于具有法律效力的行業(yè)標準規(guī)范。通過行業(yè)標準的建立，我們可以對鋰離子電池的生產(chǎn)過程進行規(guī)范化，對其制造材料作出嚴格的要求，抵制劣質(zhì)產(chǎn)品，同時對于鋰離子電池管理者在上崗前要進行相關(guān)的安全教育培訓，從而降低鋰離子電池的安全責任事故。在單位內(nèi)，應制定正確的操作規(guī)程，操作人員必須嚴格執(zhí)行。安全管理人員還應定期檢查鋰離子電池生產(chǎn)車間和電池存儲區(qū)域的安全，加強生產(chǎn)現(xiàn)場的安全管理并建立行之有效的消防管理制度。

3 火災事故防范措施

3.1 現(xiàn)有的消防安全標準

隨著鋰電池行業(yè)的快速發(fā)展，國家和國際監(jiān)管標準正在改善，同時暴露了一些標準體系的缺陷和延誤。目前，我國還沒有對鋰電池制定相應消防標準。因此，建議國家消防科研機構(gòu)在可能的情況下，盡快建立適用于鋰電池的消防安全標準，并填補這一領(lǐng)域的空白。

3.2 初起火災控制

由于鋰離子電池的特殊結(jié)構(gòu)和機理，當鋰離子電池發(fā)生火災時，采用普通的滅火方法撲滅明火時，電池內(nèi)部短路現(xiàn)象繼續(xù)，熱量繼續(xù)積聚。積累的熱量會導致電池中的電解質(zhì)再次點燃，再次猛烈燃燒。根據(jù)鋰電池著火的生成和發(fā)展機制，在實際的滅火中，除了簡單的滅火，還需要給電池降溫，讓電池內(nèi)部隔膜不再繼續(xù)分解，阻止電池內(nèi)部熱失控.從而達到真正有效地滅火。然而，市場上現(xiàn)有的滅火劑并沒有達到這種效果。也有大量的國內(nèi)外研究機構(gòu)，研究有效的鋰電池滅火劑，主要的方向是在滅火同時，降低電池溫度來阻止電池內(nèi)部熱失控反應鏈。然而，目前沒有適銷對路的產(chǎn)品。目前只能采取使用大量的水來撲救此類火災[2]。

3.3 消防設計措施

根據(jù)鋰離子電池的工作原理和火災風險分析，在設計鋰離子電池生產(chǎn)車間時，界定火災危險性為丙類，依據(jù)建筑設計防火規(guī)范，樓板耐火極限不低于1.5 h和墻體耐火極限不低于2.5小時等防火設計。如石墨電極投料部位等某些區(qū)域的電氣及照明，應選擇安裝防爆風扇和防爆照明燈具等防爆設施。與此同時，還需要在生產(chǎn)區(qū)域附近，建立專門鋰電池儲存區(qū)域，與生產(chǎn)區(qū)域分隔。

3.4 改進工藝設計和生產(chǎn)流程

在目前的工藝設計中，鋰離子電池火災事故并非偶然。當智能手機追求超薄的機身，需在設計時不斷改善電池的體積能量密度，最終導致電池制造企業(yè)不得不減少隔膜的厚度。假設膜片的厚度比相同的電池薄，會添加更多的正負向材料，增加手機的電池能量密度。然而每減少1次隔膜的厚度是對生產(chǎn)工藝的一次重大考驗，任何質(zhì)量缺陷或電池工藝錯誤都會引起隔膜產(chǎn)品的缺陷，將導致電池的短路。廠家因此需要改進工藝設計，采用保溫效果較好、使用較薄新型膜片材料，當板材涂上活性材料后，使表面更加均勻光滑，從而減少了膜片在卷曲裝配過程中的磨損。

4 結(jié)語

鋰離子電池制造企業(yè)在安全生產(chǎn)中面臨巨大挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)來自于鋰離子電池本身的安全特性，以及另一方面的非標準社會管理。從鋰離子電池生產(chǎn)的技術(shù)措施，社會管理方面對其安全生產(chǎn)方法措施做出的探討，可供鋰離子電池生產(chǎn)廠家參考。但是對于撲救鋰離子電池火災目前還沒有特別成熟的技術(shù)方法，目前只能使用大量的水去撲救。鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)是具有高火災風險性的單位，在選購滅火劑和滅火器時最好自己做實地滅火試驗。