锂电池厂房消防系统设计研究

锂电池厂房消防系统设计研究

夏志强，伦明晖，罗少杰

中国建筑第八工程局有限公司南方分公司511400

摘要：锂电池具有电压高、能量大、循环寿命长等优势，所以其在人们生活和工作中都得到了广泛的应用，当下手机、电脑等智能设备大多都采用的是锂电池。与此同时，由于锂电池是一种二次电池且锂电池污染，所以其也具有节能环保的特点，符合当下可持续发展的理念，所以锂电池也广受人们的青睐。而由于锂电池所使用原材料的特殊性以及其本身的问题，导致有关锂电池的火灾问题频发，所以锂电池厂房消防系统设计尤为重要。基于此本文就锂电池厂房火灾发生的原因进行分析，并提出了相应的消防系统设计策略，以期能够为相关人员提供理论参考。

关键词：锂电池；厂房；消防系统设计

引言：

“能源危机”已经成为限制我国经济和科技发展的重要因素，但当下经济的发展使得人们对资源的需求量不断攀升，而锂电池具有节能无污染的特点，所以人们对锂电池的关注度也不断攀升。尤其是当下信息化技术的发展，也为锂电池的应用提供了更多的途径，所以锂电池的发展前景十分乐观。但由于锂电池在燃烧的过程中会发生复杂的化学反应，所以锂电池厂房一旦发生火灾，其扑灭的难度远高于普通火灾，甚至在扑灭的过程中还会发生爆炸的问题，所以保证锂电池厂房消防系统设计的合理性尤为重要。

1、锂电池厂房危险源分析

1.1原材料分析

1.1.1正极材料

锂电池正极的组成成分主要包括钴酸锂、锰酸锂以及镍钴锰等材料，这些材料具有较好的热稳定性。所以结合正极材料的组成成分可知，其火灾安全性也相对较高。

1.1.2负极材料

当下锂离子的负极材料一般是由石墨等碳元素构成，而石墨材料结构的特殊性决定了其具有较高的稳定性，再加上其熔点和沸点十分高，所以负极材料使用较为安全。

1.1.3隔膜材料

隔膜材料主要是由聚乙烯、聚丙烯以及两者所组成的复合物所构成，其都属于聚烯烃类材料。而聚烯烃类材料具有防火、耐腐蚀性高等优势，所以这也赋予了聚乙烯、聚丙烯材料具有较高的稳定性和机械性能。

1.1.4NMP

NMP是锂离子生产中的重要组成部分，其具有发挥度低、可降解等优势，符合当下绿色节能环保的需求。但相较于锂电池构成的其他材料来说，NMP属于易燃液体，其也是造成锂电池发生火灾的重要因素。当NMP遇到加热或燃烧时会产生毒烟，影响工作人员身体健康的同时，严重的还会增加火灾发生的概率，所以在储存NMP的过程中要禁止明火[1]。

1.1.5电解液

电解液是实现锂离子传输的重要载体，其主要是由碳酸乙烯酯、六氟磷酸锂等相关物质按照一定的比例所配置而成。电解液也具有易燃的特点，所以其也是造成锂电池发生爆炸的重要因素。电解液在遇到明火或氧化剂时，都会发生剧烈的反应，所以其需要储存在远离火中却温度较低的环境下。

1.2生产加工分析

1.2.1正极片烘烤

在正极片烘干的过程中需要运用到NMP溶剂，但由于NMP溶剂的沸点为93℃左右，而烤箱的温度远高于该温度，所以在烘干的过程中如果出现设备故障，很容易造成烤箱内部温度过高，引发通风管道维护不当而导致的安全事故。

1.2.2注液

由于电解质本身是混合物，所以其是由多种物质所组成的。而电解液的组成成分中包含碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等物质，这些物质的沸点相对较低，所以在注液的过程中很容易引发火灾。所以在贮液的过程中，企业不仅需要保证现场的相对密封性，而且在存放化学品的过程中也需要考虑火灾等问题。

1.2.3化成与分容

化成车间也会出现锂电池泄漏以及燃烧等问题。而在化成柜内根据不同的电压来对电池进行分别充电，在充电的过程中可能会存在电池串联操作的情况，所以一旦再发现电池出现冒烟等问题需要及时对电池进行处理。单个电池也可能会出现冒烟的情况，但其危害相对有限。

2、锂电池厂房消防系统设计

2.1原材料储存消防设计

2.1.1NMP库房

NMP溶液本身是造成厂房出现火灾的重要因素，所以在对NMP溶液存放的过程中，也需要做好相应的消防措施。NMP溶液引发的火灾可用二氧化碳、泡沫等灭火器来进行紧急处理，所以在NMP库房内，相关单位也需要结合实际情况合理设置灭火器设备。NMP溶液在发生火灾时可能会产生有毒物质，所以为了将影响控制到最小，工作人员也需要在库房内设置消防事故池，在火灾发生时可以将废水排放到消防事故池中，从而有效减少毒气排放所带来的影响。

2.1.2电解液库房

电解液是造成锂离子厂房火灾问题的主要成因，其对温度的要求较高，不适宜的温度会直接造成电解质燃烧乃至爆炸，正由于电解液性能的特殊性，所以电解液的储存库房需要是甲级库房。在进行消防系统设计的过程中，企业不仅需要设置自动报警系统，而且也需要结合电解液的性质选择合适的消防装置。当下能够快速扑灭电器火灾的方式主要包括喷水冷却、泡沫及二氧化碳灭火器等。除此之外，为了防止污染问题，电解液库也需要设置事故池。

2.1.3原材料、半成品库房

锂电池所使用的原材料大多都属于丙类或戊类，所以这部分原材料所存放的库房定性为丙类库房。丙类库房原材料的存储间隔相对较小，货架之间也会出现相互遮挡等问题，所以在该库房中火灾具有蔓延快、危害性大的特点。因此在进行消防系统设计的过程中，相关人员需要严格按照《自动喷水灭火系统设计规范》的要求设计自动喷水灭火系统，确保每个货架内部都安装了内置喷头，在感应火情时能够第一时间启动灭火

[2]。

2.2生产工序消防设计

锂电池在生产的过程中也可能会引发火灾问题，而其中化成和分容过程由于工序复杂且操作难度较大，所以其也是火灾事故多发环节。因此在消防系统设计的过程中，就需要按照相关标准的要求在分容合化成车间安置好喷淋装置。除了必要的消防措施之外，在化成车间也需要安装消防槽，这样一旦电池出现冒烟的问题，可以快速将电池移到消防财务内进行扑灭，保证周围人员安全的同时，也能够将火灾问题的影响降到最低。

3、提高消防安全的措施

3.1制定完善火灾危险性分级标准

虽然公共安全行业标准中对火灾危险性的分级提出了明确的规定，但由于电池本身是混合物，所以有关锂电池的危险性分级并没有明确的规定。锂电池的种类繁多，而国家测试物品危险性的方式主要是将物品置于140℃的烤箱中24小时，其中磷酸铁锂电池等电池发生热失控的温度低于国家要求测试的标准，所以无法对其进行有效的危险性分析，因此为了保证消防系统设计的合理性，国家也需要结合锂电池的性能设置火灾危险性等级标准。

3.2加强初起火灾控制

由锂电池而造成的火灾问题，即使明火被扑灭后其电池内部的放热现象仍在继续，而当其内部的热量积累到一定值时，仍会再次引发火灾。所以在进行消防系统设计的过程中，就需要结合锂电池的性能选择合适的消防设备，并在明火扑灭之后对电池进行持续地降温，直至电池的隔膜不再出现分解和破坏才算灭火成功，通过在火灾初起前进行有效控制，进而减少火灾问题所带来的影响[3]。

结语：

综上所述，信息化技术的发展也为锂电池的兴起提供了保障，但随着锂电池生产企业数量的不断增加，锂电池厂房的火灾问题发生概率不断增加。所以相关企业也需要重视消防系统的设计，掌握锂电池最新生产技术的同时也需要了解原材料的变化，从而确保消防设计能够符合锂电池原材料储存和生产的需求，为确保锂电池的安全生产提供保障。

参考文献：

[1]苗争,何鹏.锂离子动力电池厂房消防设计注意事项研究[J].消防界(电子版),2023,9(01):82-84.

[2]周天,赵晖.锂离子电池生产火灾危险性及防范对策[J].消防科学与技术,2017,36(05):716-720.

[3]张蓬. 锂电池生产企业防火设计初探[C]//中国消防协会.2016中国消防协会科学技术年会论文集.2016中国消防协会科学技术年会论文集,2016:220-223.