锂离子动力电池厂房消防设计注意事项研究

摘要：本文以国内某电池生产企业的锂离子动力电池厂房消防设计作为实际的案例，根据我国电池生产相关规定，针对锂离子电池厂房消防设计中的难点、要点展开论述研究，提出消防设计意见和若干优化整改的策略，为类似厂房的消防设计提供更多参考和借鉴。关键词：消防设计；锂离子动力电池；火灾；风险国内某类锂离子动力电池生产厂房位于江苏镇江市新区镇，是某能源科技企业的租赁厂房，每年可以生产1亿Ah锂电池，为新建项目生产线。该项目是给新能源电动汽车生产锂离子动力电池，在该厂房周边有研发楼、新生产制造车间、三栋厂房，分别为电子类的工业厂房，厂区的实际占地面积是33400平方米，建筑面积为1456平方米。一、工艺流程和原材料火灾危险的类型分析（一）工艺及原料火灾的危险性生产制造人员搅拌电解液时，将正负极材料、粘结剂、溶剂根据一定的配比方案，确定好配置的比例，然后加入搅拌均匀，放置在搅拌罐中。在搅拌机设备内要将电解液材料搅拌均匀，然后再将其放在储存罐中，放置一段时间之后再将浆料使用于电池的生产制作过程。配置均匀的浆液，要求工作人员均匀的涂抹，并使用涂浆机进行定量化的涂抹。在涂抹的基料中，如果涂抹在铝箔上，要放置在涂抹设备及烘干区。在一定的温度条件下，将这些材料的溶剂都烘干之后，再使用通道将风力送入到涂抹车间，烘干以后的电池芯片是由脱模机和收卷机设备使用。在碾压期间，将涂抹完成之后的整卷机片拆掉，使用碾压棍来碾压，要使得基材内的活性物质碾压到位，其厚度达到工程技术标准。在碾压期间，要管控好碾压缝隙和施加压力的数据。在此期间，不使用原材料，而在使用剪切工具上，要在碾压完之后，根据其要求剪切成宽度比较小的卷积片。卷状形的电极片是通过电动升降设备将其放置在烘干设施上，设定烘干温度，用真空来烘干，烘干的方法是电加热烘干箱。当烘干作业完成之后，再使用电动升降平台将极片从周转车内取出来，然后送到绕卷机去展开下一道工序的操作。将电池正极片、电池内部隔膜、电池负极片依次摆放到位，然后经过卷绕至形成电池机组，工序全部改进为机械上料，而且卷绕完成之后可以自动换料，产出的材料可以自动下料，系统运转到下一道工序，就能够避免由于员工操作失误带来的负面影响，提高了换料的速度和生产的效能。在电芯装配时，将卷入好的极片打包，形成一组，再使用连接片进行超声的焊接。以此推进，就能够形成一个整体的电极，电池装配整个过程是由自动线去完成，减少人为要素所带来影响，保证生产线能够稳定，提高生产效能。（二）注入电池壳的电解质成分分析研究電池内部的电解质物质是由碳酸脂和六氟磷酸盐构成，配置而形成的碳酸酯类的溶剂材料具有更好的电化学特性，具有比较高的闪点及很低的熔点。在制作锂离子电池时，其闪点是150度，电池内部使用的六氟磷酸锂盐是固体材料，生产时使用的电解液是采用不锈钢桶容器来密封包装，不锈钢桶的容积是200升，在内部有惰性气体保护。在筒内部，使用快插接头将不锈钢管道与注液设备紧密联系，之后再使用高精度的注液泵来将电解液注入到电池内部。在灌入电池液时，注液设备往往是在密封环境下运转，可以对每个电池真空加注，并且加注压力，使电池电解液都被灌入到电池内部，确保没有泄露发生。在完成作业之后，电池注液的设备都会自动密封。封口之后，对电池还要进行密封检查，检测注浆机都需要使用密封罩封装起来，罩体内部的压力多数都是负压力，防止电解液的气味被溢出来［1］。（三）厂房的火灾危险性研究分析通过以上的论述，可以看到厂房所需要的原材料、辅助材料多数都是丙类及戊类，结合电池生产工艺流程，在电池充放电期间，不会产生有害气体，也没有气体排出到电池外部。在完成充放电过程中，整个电池是由电动车辆自动的运输至电池静置区来静置的充电，该区域内会由空调将其温度控制在25度左右，电池在充电期间也不会排放出有害气体。电池的老化及后续处理：将装配完之后的电池使用车辆放置在生产车间内，然后生产制造人员再使用专用的电池充放电设施对电池进行自动化的充电放电测试，要针对每个车辆来进行，选出优质合格的锂离子动力电池［2］。该厂房的生产线都是自动化的仓储设备，而且使用自动化的机器人，机器人可以自动选址，也可以自动去定位。在系统内利用机器人程序来生产，可将带电及不带电的电池分离出来，完全阻隔，能够减少带电电池所产生的危害，消除风险隐患。二、锂离子动力电池厂房的消防设计注意事项研究（一）厂房的疏散距离合理性分析在我国政府部门发布的GB50016-2014建筑设计消防规范中，规定了二级的丙类单层厂房内部的任何一点到最近的安全出口的直线距离不能够大于80米。该厂房消防设计的两个车间疏散距离都需要小于80米，能够满足人群疏散的要求。（二）防烟分区的合理划分问题研究结合政府防烟分区的划分规定，如果地下室内的窗户占用该建筑面积超出200平，同时地下室如果有人经常停留，可燃物质比较多，那么要建立起防烟分区，设置防烟设施，房间的吊顶高度小于6米，此时每个房间就会建立形成房间分区，划分为40个房间分区。（三）室内消火栓流量分析在工业厂房内，所有区域都会建立喷淋管道，覆盖到生产区，环境相对安全。国内政府部门发布的工业厂房消防给水技术规范要求工业厂房建造单位根据该技术去设置消防栓，布设消防管道，建立可靠的消防系统，根据企业生产经营需要，适当缩减消防栓的用水量。对于单层的工业厂房来讲，消灭火灾的难易程度较小，而多层建筑物难度大，到场地内设置消防水池条件很有限。因此，动力锂离子电池工厂消防可采用减半设计方法，能够保障消防优势。在工厂与隔壁的车间都用消防管道串通起来，采用两路的消防用水，进而使得锂离子动力电池工业厂房内部空间更加安全可靠［3］。（四）有毒气体的探测设置研究该工厂内，粉浆蒸汽上都会使用MP溶剂，这种溶剂挥发性低，而且化学性质比较稳定。但是，目前国内并没有关于燃烧后是否会生成有毒性气体的完备资料。有关消防部门就要结合生产供应资料进行详细的分析，在发生火灾时，消防员进出现场灭火时，要保证消防员自身的人身安全。在进行综合的研究分析后，消防部门在电池厂房安装探测器装置［4］。（五）灭火系统的选择分析锂离子动力电池的生产厂房有些区域不太适合使用水具灭火，该生产厂房每个区域是三类着火场所，有些区域着火之后就会散发毒气，要使用装有高压的吸水系统。具备扑救火灾的高压吸水系统，对于着火之后产生的废气烟尘具有净化作用。相比其他系统来讲，更加安全更加环保。消防部门要建议工程单位使用高压细水雾的自动灭火喷淋设备。三、在厂房设计中提高消防安全设计的质量在消防安全管理方面，锂离子动力电池厂房的施工时，还要着重考虑到当地地理地形、天气，如风沙、雨水，产生强风沙、昼夜温差偏大的气候条件。厂房的建筑物墙体要更加厚实，选择的墙体材料要以当地的土石材为主。另外，要根据厂房内用的具体功能和存储产品来设计墙体的厚度，要使墙体具有更好的隔热性和节能效果。夏天温度较高，会达到40度，厚墙就可以减缓热能的传导和紫外线给室内带来的热量影响，这些举措都能够实现易燃物品的有效隔热控制。（一）整体与厂房内环境的设计在工业厂房内部结构中，室内的框架要使用钢铁结构。由于存在着可燃物质的移动，可燃物质数量和空间都会随着环境变化而产生动态变化。如果外界风沙天气偏大，厂房内使用的木质易燃材料作为框架，就可能会诱发火源，进而产生火灾扩大的趋势。（二）确定消防安全等级结合锂离子动力电池生产厂房防火规定，火灾危险性大小要根据目前厂房生产状况去确定消防等级标准。生产厂房要按照火灾危险等级去配备防火设施，锂离子动力电池厂房内部的火灾危险区中的较大区域占到防火分区面积小于5%，达到国家政府部门的工厂消防防火规定。钢结构厂房要加强消防设施的布设，管控临时堆放的可燃性物质，保证消防通道更加畅通。在遇到火灾事故时，要快速疏散人群，这也是多数动力电池厂房消防的具体规范。［5］（三）防排烟的设计在进行工业厂房内防排烟窗设计时，设计人员要考虑到当地的风力。在多风沙天气下，厂房的窗户设计都比较狭小，以便减少外界热量向室内的传导，如果产生火灾，这将不利于烟气排放。可以采用单个铝合金排烟方法，平常关闭，一旦发生火灾，就可以开启这种模式达到排烟的效果。（四）提升厂房的耐火极限在锂离子动力电池的工业厂房设计时，要提高厂房内部整体的防火极限，采用外包防火层或者采用发泡的防火漆方法。采用外包防火层给工业厂房的钢结构外表面外包一层，这种方法应用在许多领域，并且使用浇筑成型的喷头方法。采用钢丝钢筋连接限制裂缝，可以保证外部强度。涂抹方法就是涂抹砂浆液，其中发泡的防火机是使用多种多样材料制作而成的，耐火材料具有更强的阻燃特性。在干燥之后会形成喷涂漆膜，达到阻燃效果，而且可以推迟燃烧物燃烧时间，可以使用发泡防火漆涂满钢结构，从而将火灾限制在一定范围之内［6］。（五）降低火灾现场温度和快速排出烟气热气为了使消防工作稳定的推进，获取更多的灭火时间空间，该设计具有更好的消防防火性能。在工业厂房设计消防设施时，动力锂电池的厂房窗户要放在高位，同时其通风口也要放置在高位。当现场生成许多烟气时，烟气向上流动，就会通过高处窗户通风口向外界传递。窗户位置比较高，有助于烟气的排放，降低厂房内部所产生的温度，消除厂房内所生成的浓烟气体［7］。如果排除浓烟热气速率比产生的速率大出许多，那么锂离子动力电池厂房内的温度不会上升太多，也不会给被困人员产生恶劣的影响后果。在厂房内展开排烟时，要经常使用排烟器。使用機器送风进行排烟排热，是排烟比较常用的一类方法，不需要投入太多的资金，会节省更多的空间。锂离子动力电池的工业厂房进行消防设计，一般不会用防火墙或者防火卷帘，这种消防方式会给生产带来一些影响，维修不太方便，可以考虑使用水幕或者消防炮方式来灭火。尽管这种技术有一定缺陷，需要消防人员对该技术进行深度研究，不断优化改进消防设计方案，使得消防设计更加合理，避免火灾影响范围扩大，降低火灾烟气浓度，保证工