锂离子电池生产过程中物料的火灾爆炸危险分析及防范措施建议

张旭凤（北京国信安科技术有限公司，北京 100160）

近些年，随着国家大力发展新能源汽车以及电子信息技术、数码科技的发展，锂电池市场处于供不应求的状态，锂电池生产行业目前已成为朝阳性产业，锂离子电池生产建设项目不断上马，但随着锂电池生产的发展，近几年锂电池工厂也出现多起火灾爆炸事故，其生产过程中的安全问题越来越得到大家的关注。现有的研究多关注于锂离子电池本身的火灾爆炸危险性，如短路、过充、机械损伤等。对锂电池企业日常生产管理过程中的其他安全风险关注的较少。本文就锂电池生产过程中容易被忽视物料火灾爆炸危险进行分析，并提出相应的对策措施建议，供锂电池企业日常安全管理和新建项目设计参考。

1 锂离子电池生产主要工序及原料

锂离子电池的生产工序主要包括：正负极混料制浆、涂布、辊压、干燥、裁切、卷绕或叠片、封装、注液、化成、检测、出货等。

生产主要原料一般有：正极粉料（钴酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴锰等）、负极粉料（石墨、硅碳复合材料、钛酸锂等）、导电剂（碳粉）、电解液、粘结剂、溶剂（N-甲基吡咯烷酮、水）以及作为正负极集流体的铜箔、铝箔等。

2 锂离子电池生产过程中值得注意的危险有害因素分析

2.1 电解液使用、存储不当引发的火灾、爆炸危险

锂离子电池生产过程中使用的电解液是有机溶剂和电解质盐化合物的混合物，常见的电解质盐化合物为六氟磷酸锂（LiPF6），有机溶剂为：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等[1]。因含有六氟磷酸锂，企业日常安全管理过程中更多关注的是电解液的毒性，现场张贴相应的职业危害警示。但因电解液含易燃的有机溶剂，如碳酸甲乙酯闪点23℃，碳酸二乙酯的闪点25℃，因此其本身的火灾、爆炸危险性不容忽视，根据相关电解液的化学品安全技术说明书（MSDS）信息，电解液根据其具体的组分不同，火灾危险性类别不同，锂电池生产厂家目前越来越多的使用的电解液是闪点较低的甲、乙类（火灾危险性类别）电解液，生产过程中，注液工序如果输送软管、软管与设备接头处破损、渗漏，工作人员更换电解液桶时操作不当、电解液桶搬运、储存过程中，电解液包装桶本身存在缺陷导致泄漏、装卸过程中操作不当导致电解液桶掉落、泄漏等，现场如果未设置有效的可燃气体泄漏检测报警装置、通风不良、电气设备不防爆或防爆等级不符合要求等，电解液泄漏蒸发积聚，遇明火、高温等可能引发火灾，甚至爆炸事故。在以往安全检查中发现很多企业存在甲乙类电解液存储场所不符合规范要求的问题。

另外，依据《危险化学品目录》（2015 版）和《危险化学品目录（2015 版）实施指南（试行）的通知》（安监总厅管三[2015]80号），闭杯闪点≤60℃的电解液属于危险化学品，危险化学品序号为：2828（含易燃溶剂的合成树脂、油漆、辅助材料、涂料制品[闭杯闪点≤60℃]）。这一点也是企业日常安全管理及锂电池新建项目设计过程中值得注意的。

2.2 N-甲基吡咯烷酮火灾、爆炸危险

N-甲基吡咯烷酮（NMP）是锂离子电池生产正极所用的溶剂，与活性材料、导电剂、粘结剂等搅拌混合，涂布烘干后制作正极极片[2]。N-甲基吡咯烷酮为无色或淡黄色透明液体，闪点（闭杯）95℃，引燃温度270℃，饱和蒸气压0.039kPa（20℃），可燃液体，火灾危险性类别为丙类，不属于易燃危险品，爆炸极限1.3%-9.5%（V∕V）。正常存放情况下其性质稳定，受热容器可能爆炸、爆燃，泄漏后遇高温、明火挥发可与空气形成爆炸性混合物从而引发火灾爆炸。正极片涂布烘干工序，温度较高，若操作不当或设备、工艺缺陷导致烘箱内NMP 积聚，可能会引发火灾爆炸事故。

2.3 金属锂的火灾、爆炸危险

锂离子电池生产过程中，部分企业用到金属锂（锂带），作为补锂工艺原料用于提高电池的能力密度。金属锂属于遇湿易燃物品，使用、存放过程中如果未采取有效的防水、防湿措施，锂带遇水会引起火灾、爆炸。

2.4 生产过程中部分易燃辅料使用、存储不当引发的火灾、爆炸危险

锂电池生产过程中一般使用乙醇、清洗剂等用于设备清洗、擦拭，喷码用到油墨。酒精的闪点12℃，爆炸极限为3.3-19.0%（V∕V），为易燃甲类液体，清洗剂闪点＜-17.8℃，属于极易燃的气溶胶，油墨主要成分为丁酮，为高度易燃物质，上述物料如果使用、存放不当泄漏挥发，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。以往检查中发现，企业对于上述辅助的物料的存放大多存在安全隐患，如：现场随意放置或防爆柜放置不规范、未设置单独的排风装置、柜体未静电接地等。

3 企业日常安全管理及新建项目设计阶段需注意的防范措施建议

（1）有些生产多年的锂离子电池工厂因最初使用的电解液为丙类火灾危险物质，因此设计时，电解液储存场所并未按照甲乙类储存场所要求设计，随着生产的锂离子电池产品种类和型号的变化，后期使用到甲乙类电解液，需注意采取相应的防火防爆措施，当储存场所非独立建筑时，需严控储存量。

（2）锂离子电池新建项目，在平面布置及建构筑物方面需注意电解液库房的布局、占地面积、防火分区、与周边建构筑物防火间距等关键问题，如使用电解液的火灾危险性类别属于甲类，需严格按照《建筑设计防火规范》（GB50016-2014，2018 年版）中甲类库房的设计要求进行设计。

（3）甲类电解液库房需主要与厂外道路、重要公共建筑、架空电力线等的防火间距应符合《建筑设计防火规范》（GB50016-2014，2018年版）的要求。

（4）甲乙类电解液使用、储存场所严格按照规范要求设置可燃气体泄漏检测报警装置和防爆机械通风设施，并注意可燃气体检测报警装置需合理设定报警值，要定期检定以确保其有效性。

（5）甲乙类电解液的注液间内电解液释放源处的地面应设液体泄漏报警装置，并与事故排风、电解液输送阀门和输送泵联动。注液工序电气控制系统应具有防止电解液滴落或溅射的防护措施。

（6）厂房内设置的N-甲基吡咯烷酮中间储罐，应设置在单独的房间内，容量不应大于5m3，房间采用耐火极限不低于3h的防火隔墙和1.5h的楼板与其他部位分隔，房间门采用甲级防火门。N-甲基吡咯烷酮的排风系统应按防爆系统设计。

（7）存放金属锂的库房应有防止水浸渍、防水淹的措施，如：库房隔墙、楼板等进行防水处理；避免工艺水管道、消防水管等从库房顶部穿越、装卸栈台设防雨水遮挡等。库房采用防爆型照明、通风设施，设置可燃气体检测报警装置，并与事故通风连锁，报警信号接至24小时人员值班区域。库房配备必要的消防器材（砂土和D类灭火器）和应急物资。另外，金属锂属于易制爆化学品，根据《易制爆危险化学品储存场所治安防范要求》GA1151-2018，应注意金属锂库房设置实体防范、技术防范等治安防范措施，包括视频监控、入侵报警、出入口控制、电子巡查等系统。

（8）辅助使用的乙醇、清洗剂、油墨等，企业一般使用防爆柜储存，但需注意防爆柜的排气口应通过单独的排风管通往室外，另外需注意柜体之间保持不小于15cm的间距，防爆柜接地完好。

（9）加强员工教育培训，厂内火灾、爆炸危险场所严禁违章动火。