锂离子电池生产企业火灾事故处置对策

  浩博电池网讯：

  摘 要：为了提出锂离子电池生产企业火灾事故处置对策，围绕锂离子电池生产企业建筑和工艺特点，分析其火灾事故主要风险，结合现实案例，针对企业化成后工序段不同灾情发展阶段，提出了相应的处置对策。着重强调了在综合研判到位的基础上，充分利用应急门作为内攻通道，合理采用“固移结合、控制燃烧、排烟散热”等技战术方法。

  关键词：锂离子电池；洁净企业；火灾事故；热失控

  基金项目：消防救援局重点研发计划（2022XFZD12）

  近年来，为实现碳达峰、碳中和目标，我国新能源产业快速发展，锂离子电池行业逐渐呈现规模化、基地化、大型化趋势。2022年全国锂离子电池产量达750 GWh，同比增长130%，行业总产值突破1.2万亿元。锂电池生产企业多为大跨度、大空间建筑，体量大、分隔多，装置设置错综复杂，且为洁净厂房，内部空间密闭，排烟散热条件差；厂房内致灾因素多，突发性强，极易引发连锁反应，消防救援力量到场时，火势一般已处于猛烈燃烧阶段，灭火控制难度大，冷却保护任务重，扑救方法专业性强，给现场指挥决策和力量部署带来极大考验。近年来，多地发生了多起锂离子电池爆炸事故。在锂电池生产企业火灾处置方面，张贤凯等通过模拟预测方法研究了Novec1230灭火剂对化成工艺的灭火效果。蔡强从救援角度初步分析了锂电池企业中存在的火灾风险，并结合锂离子电池火灾的特殊性，提出了锂离子电池火灾应急措施。目前，针对锂电池生产、储存的相关研究处于初步阶段，还未形成有效的锂电池热失控灭火处置方法。

  针对锂电池生产企业火灾扑救难题，消防救援局于2016年制定了《锂电池生产仓储使用场所火灾事故处置安全要点（试行）》（公消［2016］413号）。但由于近年来我国锂电池生产技术发展迅速，生产企业规模不断扩大，且缺乏严格的建造标准和防火技术措施，消防安全管理水平明显不足，给灭火救援和应急处置带来很大难度。本文以各地锂离子电池生产企业实地调研以及近期全国多起典型案例为基础，深入分析事故特点及危险性，研究并提出相应的处置对策。

  1 锂离子电池生产企业概述

  1.1 工艺流程

  锂离子电池生产企业主要生产锂离子电池电芯、模组、电池包等产品，按生产工艺分可分为圆柱电池、方形电池和软包电池生产企业等类型。3类产品生产工艺虽有差异，但整体上可将锂离子电池生产工艺流程划分为前段工艺（搅拌、涂布、辊压、分切、制片、模切）、中段工艺（卷绕、注液、封装）、后段工艺（化成、分容、检测、分选）等，锂离子电池的生产工艺如图1所示。其中化成工序后，锂离子电池已经激活，具备热失控的特征风险。

  1.2 工艺布局

  生产企业按工艺布局分为回字型、工字型、剪刀型、L型等。回字型布局是指企业包含从原料到成品的全部工序流程。对于超大体量生产企业，不同厂房设置不同的工序，多个厂房构成完整的生产工序，形成“大”回字型。除了单层平面的标准回字型，还有垂直立体的回字型。如江苏启东某企业完整的工序是自一楼逐层向上，在顶层化成、静置，构成垂直立体的回字型。

  工字型布局是指企业内有多条不同工艺并行的生产线。

  剪刀型布局是指生产工序从一楼开始混料，二楼注液后再回到一层进行化成、老化，形成非标回字全流程。

  L型布局的企业生产线较为简单，多为小厂企业。如杭州某公司，从外部采购单体电池成品，经测试后，组装成模组或电池包出售。

  1.3 建筑分布

  生产企业按建筑分布可分为平面一体化和垂直立体式分布。

  平面一体化分布是指生产工序设置在单独的厂房或多个厂房，通过物流连廊连接的平面一层厂房。此类企业往往占地面积大，通常按照回字型、工字型以及“回字+工字”等混合型布局生产。如杭州某股份公司，生产工序分布在厂区的6个厂房内，期间通过物流连廊进行上下游连接；3条化成、静置等工艺线集中在4号厂房，是典型的“回字+工字”生产企业。

  垂直立体式分布是指生产至包装工序从底层开始分层设置，化成、老化等危险工序分布于2层以上，内部通过升降机上下连通。此类企业在外墙设置大型设备吊装口，连通内部设备用房及生产车间设备门，通常内部设备门采用易拆卸隔板封堵。

  2 锂离子电池生产企业火灾事故特点

  2.1 锂电池储量大，热失控风险高

  1）锂电池热失控。锂离子电池化成后处于带电状态，极易发生热失控。有研究表明，电池SOC越高，在热冲击条件下发生热爆炸的时间越短，电池表面最高温度越高；SOC接近100%时，燃烧速率和爆炸强度约是SOC为25%时的2.5倍。

  2）货架能量集中。化成、分容、储能等环节通常以高架仓库、生产框架等形式设置。从实地调研情况看，部分企业管理不到位，在厂房通道堆放半成品、成品及瑕疵电池，导致热失控、货架倒塌、高压触电、爆炸冲击等风险进一步加大。以宁波某锂离子电池生产企业为例，老化库内高位货架存储总能量达到12.5 MWh。

  3）不同正极材料锂电池热失控表现不同。三元材料热失控迅速升温、燃烧猛烈，易发生电池解体连锁爆炸；磷酸铁锂材料燃烧不完全，产生大量可燃气体产物和热量，易发生有限空间混合气体爆炸。

  2.2 物料繁杂，风险管控难度大

  1）原料及生产工艺本身的风险。锂离子电池生产涉及大量有毒、易燃易爆原料，如NMP、DMC等；电解质LiPF6极易水解生成HF；涂布工艺涉及放射性物质等。

  2）对毗邻建筑的影响。通过调研发现，部分锂离子电池电解液仓库毗邻居民区设置，易造成群体中毒。2022年9月某企业锂离子电池生产原料仓库发生火灾，在下风向1000 m处仍能检测到HF。

  2.3 空间结构复杂，风险隐患大

  此类企业在建筑结构上兼具大跨度和洁净厂房的特点。

  1）厂房跨区大。为保证生产连续性和规模性，极片制作工序（混料-切片）连续设置，长度可达100 m。如温州某能源有限公司，单个厂房总建筑面积达20万m2。

  2）高低吊顶。为保证质量，在电芯生产过程中，通常按照洁净厂房设计设置空气净化系统，生产设备较大，层高可达6～8 m。企业对过高部分采用吊顶封闭，使层高降为3 m左右，吊顶上方空间因气、液、物料管线全厂连通。2022年10月某锂离子电池生产企业吊顶内部热风机管道起火，所幸吊顶正在检修，预留了开口，员工及时发现火点并扑灭，未造成灾情扩大。

  3）内部空间分隔复杂。建筑内部空间通道布局复杂，救援人员容易迷失方向。锂离子电池生产企业有多栋厂房连接连廊，“厂中厂”等特征建筑风险隐患较高。

  2.4 防火设计缺陷，火势发展迅速

  1）防火分隔不到位。企业内部全自动物流通道、物料输送管线、管道地沟等穿越多个生产车间、楼层，导致整个厂房无有效防火分隔。内部分隔材料燃烧产生的热量大量积聚，高温烟气使得机械排烟无法正常运转，导致厂房内部温度远高