鋰離子動力電池廠房消防設(shè)計注意事項研究

苗爭 何鵬

摘要：本文以國內(nèi)某電池生產(chǎn)企業(yè)的鋰離子動力電池廠房消防設(shè)計作為實際的案例，根據(jù)我國電池生產(chǎn)相關(guān)規(guī)定，針對鋰離子電池廠房消防設(shè)計中的難點、要點展開論述研究，提出消防設(shè)計意見和若干優(yōu)化整改的策略，為類似廠房的消防設(shè)計提供更多參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：消防設(shè)計；鋰離子動力電池；火災(zāi)；風險

國內(nèi)某類鋰離子動力電池生產(chǎn)廠房位于江蘇鎮(zhèn)江市新區(qū)鎮(zhèn)，是某能源科技企業(yè)的租賃廠房，每年可以生產(chǎn)1億Ah鋰電池，為新建項目生產(chǎn)線。該項目是給新能源電動汽車生產(chǎn)鋰離子動力電池，在該廠房周邊有研發(fā)樓、新生產(chǎn)制造車間、三棟廠房，分別為電子類的工業(yè)廠房，廠區(qū)的實際占地面積是33400平方米，建筑面積為1456平方米。

一、工藝流程和原材料火災(zāi)危險的類型分析

（一）工藝及原料火災(zāi)的危險性

生產(chǎn)制造人員攪拌電解液時，將正負極材料、粘結(jié)劑、溶劑根據(jù)一定的配比方案，確定好配置的比例，然后加入攪拌均勻，放置在攪拌罐中。在攪拌機設(shè)備內(nèi)要將電解液材料攪拌均勻，然后再將其放在儲存罐中，放置一段時間之后再將漿料使用于電池的生產(chǎn)制作過程。配置均勻的漿液，要求工作人員均勻的涂抹，并使用涂漿機進行定量化的涂抹。在涂抹的基料中，如果涂抹在鋁箔上，要放置在涂抹設(shè)備及烘干區(qū)。在一定的溫度條件下，將這些材料的溶劑都烘干之后，再使用通道將風力送入到涂抹車間，烘干以后的電池芯片是由脫模機和收卷機設(shè)備使用。在碾壓期間，將涂抹完成之后的整卷機片拆掉，使用碾壓棍來碾壓，要使得基材內(nèi)的活性物質(zhì)碾壓到位，其厚度達到工程技術(shù)標準。在碾壓期間，要管控好碾壓縫隙和施加壓力的數(shù)據(jù)。在此期間，不使用原材料，而在使用剪切工具上，要在碾壓完之后，根據(jù)其要求剪切成寬度比較小的卷積片。卷狀形的電極片是通過電動升降設(shè)備將其放置在烘干設(shè)施上，設(shè)定烘干溫度，用真空來烘干，烘干的方法是電加熱烘干箱。

當烘干作業(yè)完成之后，再使用電動升降平臺將極片從周轉(zhuǎn)車內(nèi)取出來，然后送到繞卷機去展開下一道工序的操作。將電池正極片、電池內(nèi)部隔膜、電池負極片依次擺放到位，然后經(jīng)過卷繞至形成電池機組，工序全部改進為機械上料，而且卷繞完成之后可以自動換料，產(chǎn)出的材料可以自動下料，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)到下一道工序，就能夠避免由于員工操作失誤帶來的負面影響，提高了換料的速度和生產(chǎn)的效能。在電芯裝配時，將卷入好的極片打包，形成一組，再使用連接片進行超聲的焊接。以此推進，就能夠形成一個整體的電極，電池裝配整個過程是由自動線去完成，減少人為要素所帶來影響，保證生產(chǎn)線能夠穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效能。

（二）注入電池殼的電解質(zhì)成分分析研究

電池內(nèi)部的電解質(zhì)物質(zhì)是由碳酸脂和六氟磷酸鹽構(gòu)成，配置而形成的碳酸酯類的溶劑材料具有更好的電化學特性，具有比較高的閃點及很低的熔點。在制作鋰離子電池時，其閃點是150度，電池內(nèi)部使用的六氟磷酸鋰鹽是固體材料，生產(chǎn)時使用的電解液是采用不銹鋼桶容器來密封包裝，不銹鋼桶的容積是200升，在內(nèi)部有惰性氣體保護。在筒內(nèi)部，使用快插接頭將不銹鋼管道與注液設(shè)備緊密聯(lián)系，之后再使用高精度的注液泵來將電解液注入到電池內(nèi)部。在灌入電池液時，注液設(shè)備往往是在密封環(huán)境下運轉(zhuǎn)，可以對每個電池真空加注，并且加注壓力，使電池電解液都被灌入到電池內(nèi)部，確保沒有泄露發(fā)生。在完成作業(yè)之后，電池注液的設(shè)備都會自動密封。封口之后，對電池還要進行密封檢查，檢測注漿機都需要使用密封罩封裝起來，罩體內(nèi)部的壓力多數(shù)都是負壓力，防止電解液的氣味被溢出來［1］。

（三）廠房的火災(zāi)危險性研究分析

通過以上的論述，可以看到廠房所需要的原材料、輔助材料多數(shù)都是丙類及戊類，結(jié)合電池生產(chǎn)工藝流程，在電池充放電期間，不會產(chǎn)生有害氣體，也沒有氣體排出到電池外部。在完成充放電過程中，整個電池是由電動車輛自動的運輸至電池靜置區(qū)來靜置的充電，該區(qū)域內(nèi)會由空調(diào)將其溫度控制在25度左右，電池在充電期間也不會排放出有害氣體。電池的老化及后續(xù)處理：將裝配完之后的電池使用車輛放置在生產(chǎn)車間內(nèi)，然后生產(chǎn)制造人員再使用專用的電池充放電設(shè)施對電池進行自動化的充電放電測試，要針對每個車輛來進行，選出優(yōu)質(zhì)合格的鋰離子動力電池［2］。

該廠房的生產(chǎn)線都是自動化的倉儲設(shè)備，而且使用自動化的機器人，機器人可以自動選址，也可以自動去定位。在系統(tǒng)內(nèi)利用機器人程序來生產(chǎn)，可將帶電及不帶電的電池分離出來，完全阻隔，能夠減少帶電電池所產(chǎn)生的危害，消除風險隱患。

二、鋰離子動力電池廠房的消防設(shè)計注意事項研究

（一）廠房的疏散距離合理性分析

在我國政府部門發(fā)布的GB50016-2014建筑設(shè)計消防規(guī)范中，規(guī)定了二級的丙類單層廠房內(nèi)部的任何一點到最近的安全出口的直線距離不能夠大于80米。該廠房消防設(shè)計的兩個車間疏散距離都需要小于80米，能夠滿足人群疏散的要求。

（二）防煙分區(qū)的合理劃分問題研究

結(jié)合政府防煙分區(qū)的劃分規(guī)定，如果地下室內(nèi)的窗戶占用該建筑面積超出200平，同時地下室如果有人經(jīng)常停留，可燃物質(zhì)比較多，那么要建立起防煙分區(qū)，設(shè)置防煙設(shè)施，房間的吊頂高度小于6米，此時每個房間就會建立形成房間分區(qū)，劃分為40個房間分區(qū)。

（三）室內(nèi)消火栓流量分析

在工業(yè)廠房內(nèi)，所有區(qū)域都會建立噴淋管道，覆蓋到生產(chǎn)區(qū)，環(huán)境相對安全。國內(nèi)政府部門發(fā)布的工業(yè)廠房消防給水技術(shù)規(guī)范要求工業(yè)廠房建造單位根據(jù)該技術(shù)去設(shè)置消防栓，布設(shè)消防管道，建立可靠的消防系統(tǒng)，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營需要，適當縮減消防栓的用水量。對于單層的工業(yè)廠房來講，消滅火災(zāi)的難易程度較小，而多層建筑物難度大，到場地內(nèi)設(shè)置消防水池條件很有限。因此，動力鋰離子電池工廠消防可采用減半設(shè)計方法，能夠保障消防優(yōu)勢。在工廠與隔壁的車間都用消防管道串通起來，采用兩路的消防用水，進而使得鋰離子動力電池工業(yè)廠房內(nèi)部空間更加安全可靠［3］。

（四）有毒氣體的探測設(shè)置研究

該工廠內(nèi)，粉漿蒸汽上都會使用MP溶劑，這種溶劑揮發(fā)性低，而且化學性質(zhì)比較穩(wěn)定。但是，目前國內(nèi)并沒有關(guān)于燃燒后是否會生成有毒性氣體的完備資料。有關(guān)消防部門就要結(jié)合生產(chǎn)供應(yīng)資料進行詳細的分析，在發(fā)生火災(zāi)時，消防員進出現(xiàn)場滅火時，要保證消防員自身的人身安全。在進行綜合的研究分析后，消防部門在電池廠房安裝探測器裝置［4］。

（五）滅火系統(tǒng)的選擇分析

鋰離子動力電池的生產(chǎn)廠房有些區(qū)域不太適合使用水具滅火，該生產(chǎn)廠房每個區(qū)域是三類著火場所，有些區(qū)域著火之后就會散發(fā)毒氣，要使用裝有高壓的吸水系統(tǒng)。具備撲救火災(zāi)的高壓吸水系統(tǒng)，對于著火之后產(chǎn)生的廢氣煙塵具有凈化作用。相比其他系統(tǒng)來講，更加安全更加環(huán)保。消防部門要建議工程單位使用高壓細水霧的自動滅火噴淋設(shè)備。

三、在廠房設(shè)計中提高消防安全設(shè)計的質(zhì)量

在消防安全管理方面，鋰離子動力電池廠房的施工時，還要著重考慮到當?shù)氐乩淼匦?、天氣，如風沙、雨水，產(chǎn)生強風沙、晝夜溫差偏大的氣候條件。廠房的建筑物墻體要更加厚實，選擇的墻體材料要以當?shù)氐耐潦臑橹?。另外，要根?jù)廠房內(nèi)用的具體功能和存儲產(chǎn)品來設(shè)計墻體的厚度，要使墻體具有更好的隔熱性和節(jié)能效果。夏天溫度較高，會達到40度，厚墻就可以減緩熱能的傳導(dǎo)和紫外線給室內(nèi)帶來的熱量影響，這些舉措都能夠?qū)崿F(xiàn)易燃物品的有效隔熱控制。

（一）整體與廠房內(nèi)環(huán)境的設(shè)計

在工業(yè)廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，室內(nèi)的框架要使用鋼鐵結(jié)構(gòu)。由于存在著可燃物質(zhì)的移動，可燃物質(zhì)數(shù)量和空間都會隨著環(huán)境變化而產(chǎn)生動態(tài)變化。如果外界風沙天氣偏大，廠房內(nèi)使用的木質(zhì)易燃材料作為框架，就可能會誘發(fā)火源，進而產(chǎn)生火災(zāi)擴大的趨勢。

（二）確定消防安全等級

結(jié)合鋰離子動力電池生產(chǎn)廠房防火規(guī)定，火災(zāi)危險性大小要根據(jù)目前廠房生產(chǎn)狀況去確定消防等級標準。生產(chǎn)廠房要按照火災(zāi)危險等級去配備防火設(shè)施，鋰離子動力電池廠房內(nèi)部的火災(zāi)危險區(qū)中的較大區(qū)域占到防火分區(qū)面積小于5%，達到國家政府部門的工廠消防防火規(guī)定。鋼結(jié)構(gòu)廠房要加強消防設(shè)施的布設(shè)，管控臨時堆放的可燃性物質(zhì)，保證消防通道更加暢通。在遇到火災(zāi)事故時，要快速疏散人群，這也是多數(shù)動力電池廠房消防的具體規(guī)范。［5］

（三）防排煙的設(shè)計

在進行工業(yè)廠房內(nèi)防排煙窗設(shè)計時，設(shè)計人員要考慮到當?shù)氐娘L力。在多風沙天氣下，廠房的窗戶設(shè)計都比較狹小，以便減少外界熱量向室內(nèi)的傳導(dǎo)，如果產(chǎn)生火災(zāi)，這將不利于煙氣排放?？梢圆捎脝蝹€鋁合金排煙方法，平常關(guān)閉，一旦發(fā)生火災(zāi)，就可以開啟這種模式達到排煙的效果。

（四）提升廠房的耐火極限

在鋰離子動力電池的工業(yè)廠房設(shè)計時，要提高廠房內(nèi)部整體的防火極限，采用外包防火層或者采用發(fā)泡的防火漆方法。采用外包防火層給工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)外表面外包一層，這種方法應(yīng)用在許多領(lǐng)域，并且使用澆筑成型的噴頭方法。采用鋼絲鋼筋連接限制裂縫，可以保證外部強度。涂抹方法就是涂抹砂漿液，其中發(fā)泡的防火機是使用多種多樣材料制作而成的，耐火材料具有更強的阻燃特性。在干燥之后會形成噴涂漆膜，達到阻燃效果，而且可以推遲燃燒物燃燒時間，可以使用發(fā)泡防火漆涂滿鋼結(jié)構(gòu)，從而將火災(zāi)限制在一定范圍之內(nèi)［6］。

（五）降低火災(zāi)現(xiàn)場溫度和快速排出煙氣熱氣

為了使消防工作穩(wěn)定的推進，獲取更多的滅火時間空間，該設(shè)計具有更好的消防防火性能。在工業(yè)廠房設(shè)計消防設(shè)施時，動力鋰電池的廠房窗戶要放在高位，同時其通風口也要放置在高位。當現(xiàn)場生成許多煙氣時，煙氣向上流動，就會通過高處窗戶通風口向外界傳遞。窗戶位置比較高，有助于煙氣的排放，降低廠房內(nèi)部所產(chǎn)生的溫度，消除廠房內(nèi)所生成的濃煙氣體［7］。如果排除濃煙熱氣速率比產(chǎn)生的速率大出許多，那么鋰離子動力電池廠房內(nèi)的溫度不會上升太多，也不會給被困人員產(chǎn)生惡劣的影響后果。在廠房內(nèi)展開排煙時，要經(jīng)常使用排煙器。使用機器送風進行排煙排熱，是排煙比較常用的一類方法，不需要投入太多的資金，會節(jié)省更多的空間。鋰離子動力電池的工業(yè)廠房進行消防設(shè)計，一般不會用防火墻或者防火卷簾，這種消防方式會給生產(chǎn)帶來一些影響，維修不太方便，可以考慮使用水幕或者消防炮方式來滅火。盡管這種技術(shù)有一定缺陷，需要消防人員對該技術(shù)進行深度研究，不斷優(yōu)化改進消防設(shè)計方案，使得消防設(shè)計更加合理，避免火災(zāi)影響范圍擴大，降低火災(zāi)煙氣濃度，保證工人們的安全［8］。

結(jié)束語

近年來，我國科學技術(shù)快速發(fā)展，鋰離子動力電池安全性、經(jīng)濟性也獲得了人們的關(guān)注。群眾對于鋰離子電池的需求量日益增多，廠房也在日漸增多。本研究針對鋰離子動力電池消防設(shè)計中涉及到的廠房材料，分析廠房內(nèi)部人員疏散距離，研究防煙分區(qū)，圍繞建筑物構(gòu)造的相關(guān)難點問題展開論述。根據(jù)國家政府部門的具體規(guī)定要求，對相關(guān)問題逐一研究分析，合理總結(jié)提煉，推進優(yōu)化整改，為后期的鋰離子動力電池生產(chǎn)廠房消防設(shè)計提供更多的借鑒參考。

參考文獻

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