蔡強(qiáng)

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(dá)到了國際年產(chǎn)量的三分之一。關(guān)于產(chǎn)品的應(yīng)用，鋰電池的需求越來越大，其范圍也在不斷擴(kuò)大。

1 鋰離子電池的特性

鋰離子電池保持鋰電池的優(yōu)點(diǎn)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(yīng)。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(fēng)險(xiǎn)。

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(shè)計(jì)。鋰離子電池具有很大的危險(xiǎn)性，為保證產(chǎn)品安全，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)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(dāng)電池處于高溫、閉合等溫度時，虹膜會自動軟化，一旦達(dá)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(fēng)險(xiǎn)[1]。(3)設(shè)置排氣、防爆裝置。當(dāng)鋰電池被加熱或發(fā)生熱反應(yīng)后，會使電解液分解，釋放大量氣體，因?yàn)殇囯姵氐慕Y(jié)構(gòu)是密封結(jié)構(gòu)，所以會發(fā)生物理爆炸。設(shè)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(xué)聚合反應(yīng)，產(chǎn)生H+，還原為H：當(dāng)H+轉(zhuǎn)移到負(fù)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(xiǎn)。導(dǎo)致電池?zé)崾Э氐臒崃恐饕獊碓从陔姵貎?nèi)部的化學(xué)反應(yīng)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?zé)崾Э仄鸬胶艽笞饔谩?/p>

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(yán)格，要防止極片和膜片落下顆粒和碎片，因?yàn)橹圃旃に囍械碾s質(zhì)會影響鋰電池的安全性，導(dǎo)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(yùn)輸和儲存。在運(yùn)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(fēng)。(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(dǎo)地位，鋰離子電池的火災(zāi)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(yùn)人和安全人員，必須了解電池在運(yùn)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(yùn)輸和包裝，避免因?yàn)楣ぷ魅藛T的不正確行為導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。用戶應(yīng)充分了解鋰離子電池的使用方法，避免操作不當(dāng)造成風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 提高電池生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)

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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立，我們可以對鋰離子電池的生產(chǎn)過程進(jìn)行規(guī)范化，對其制造材料作出嚴(yán)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(jìn)行相關(guān)的安全教育培訓(xùn)，從而降低鋰離子電池的安全責(zé)任事故。在單位內(nèi)，應(yīng)制定正確的操作規(guī)程，操作人員必須嚴(yán)格執(zhí)行。安全管理人員還應(yīng)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(qiáng)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(zāi)事故防范措施

3.1 現(xiàn)有的消防安全標(biāo)準(zhǔn)

隨著鋰電池行業(yè)的快速發(fā)展，國家和國際監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)正在改善，同時暴露了一些標(biāo)準(zhǔn)體系的缺陷和延誤。目前，我國還沒有對鋰電池制定相應(yīng)消防標(biāo)準(zhǔn)。因此，建議國家消防科研機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，并填補(bǔ)這一領(lǐng)域的空白。

3.2 初起火災(zāi)控制

由于鋰離子電池的特殊結(jié)構(gòu)和機(jī)理，當(dāng)鋰離子電池發(fā)生火災(zāi)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(dǎo)致電池中的電解質(zhì)再次點(diǎn)燃，再次猛烈燃燒。根據(jù)鋰電池著火的生成和發(fā)展機(jī)制，在實(shí)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(dá)到真正有效地滅火。然而，市場上現(xiàn)有的滅火劑并沒有達(dá)到這種效果。也有大量的國內(nèi)外研究機(jī)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(yīng)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(zāi)[2]。

3.3 消防設(shè)計(jì)措施

根據(jù)鋰離子電池的工作原理和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析，在設(shè)計(jì)鋰離子電池生產(chǎn)車間時，界定火災(zāi)危險(xiǎn)性為丙類，依據(jù)建筑設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。如石墨電極投料部位等某些區(qū)域的電氣及照明，應(yīng)選擇安裝防爆風(fēng)扇和防爆照明燈具等防爆設(shè)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(jìn)工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程

在目前的工藝設(shè)計(jì)中，鋰離子電池火災(zāi)事故并非偶然。當(dāng)智能手機(jī)追求超薄的機(jī)身，需在設(shè)計(jì)時不斷改善電池的體積能量密度，最終導(dǎo)致電池制造企業(yè)不得不減少隔膜的厚度。假設(shè)膜片的厚度比相同的電池薄，會添加更多的正負(fù)向材料，增加手機(jī)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(yàn)，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(dǎo)致電池的短路。廠家因此需要改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)，采用保溫效果較好、使用較薄新型膜片材料，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(zāi)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(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性的單位，在選購滅火劑和滅火器時最好自己做實(shí)地滅火試驗(yàn)。