2024年6月24日,韩国京畿道华城市的一家锂电池制造厂内发生电池起火引发严重火灾,造成23人死亡,8人受伤。近年来,国内锂亚电池生产安全事故也有发生,反映了在锂亚电池安全管控中还存在薄弱环节。本案例旨在帮助大家提高对锂亚电池安全风险的认识,有针对性的进行防范。
锂亚电池事故分析
2017年11月30日20时40分左右,武汉市东西湖区径河街孚特工业园3号楼五楼锂亚电池临时存放点发生一起爆燃火灾事故,造成现场及隔壁服装仓库起火,过火面积约200平方米,经区消防大队及时赶到现场进行施救,22时23分左右,明火被扑灭,未造成人员伤亡。
一、锂亚电池生产工艺和工作原理
锂亚电池全称为锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池,是一次性不可充电电池,广泛应用于水表、气表、电表、无线报警器、无线电选频器、科学检测仪器、电子医疗设备等。锂亚电池由正极、负极、电解液、电解质、隔膜和壳体构成,其中正极物质为碳和SOCl2,负极物质为金属锂,电解液为SOCl2,电解质为LiAlCl4。金属锂与水发生化学反应会生成氢气,电解液SOCl2遇水或潮气会分解为二氧化硫、氯化氢等,受热会分解为二氧化硫,氯气等物质。
锂亚电芯生产工艺图如下:
锂亚电芯工艺流程图
在锂亚电池放电过程中,负极的金属锂 (Li)的电子会经由负载流向正极。在正极,接纳了电子的亚硫酰氯 (SOCl2)会与锂离子一同发生化学反应变成氯化锂等物质 (LiCl、S、SO2)。
二、事故现场情况
事发地点位于孚特电子公司五楼锂亚电池半成品(电芯)仓库,仓库设置于建筑物的顶层且屋顶为亮窗;该仓库为一般货物仓库,没有设置火灾自动报警系统和水喷雾自动灭火系统。仓库与临近的服装、运动鞋仓库之间未采用非燃烧体实体墙隔离。
仓库存放锂亚电池半成品(电芯)约20000只,电芯托盘为400mm*300 mm塑料盘,货架格板为木质,均为可燃材料。货架为整体连排且两排布置,货架临近东北侧窗户;未用非燃烧实体墙对存放区进行小块分片隔离。
三、原因分析
事故直接原因:位于五楼东北侧锂亚电池半成品(电芯)仓库,防雨水措施不到位,雨水经过临近窗户飘散至未加装PVC保护材料的自产电芯电极一侧。聚集于负极一侧的LiC6遇水后即燃烧,燃烧产生的热能加热本电芯及邻近电芯的电解液及金属锂,进而破坏电芯内部隔膜造成电芯内短路并放热,电解液受热后释放大量气体导致电池内压力过大而爆裂;电芯内碳及锂受热后燃烧,因此由刚开始的局部电芯爆裂燃烧,瞬间造成了整个电芯仓库的爆燃火灾,同时点燃邻近未加实体隔离的服装及运动鞋仓库,更加大了火灾面积及事故损失。
四、事故暴露的典型问题
事故暴露出武汉孚特电子公司安全管理不到位和仓库安全措施不到位等问题。事故企业锂亚电池电芯存放在一般仓库,未落实防水防潮措施,导致电芯遇雨水后引发电池火灾。发生初期火灾后,由于仓库没有火灾自动报警和自动灭火装置,火灾不能及时被发现并采取相应灭火措施。由于未落实防火分区分隔,导致邻近未加实体隔离的服装及运动鞋仓库被引燃。
五、启示和经验教训
锂亚电池在生产储存环节,因电池内部隔膜受损,电池外部短路,外部环境温度高等因素,会发生热失控,易引发火灾。结合国内外锂亚电池火灾事故教训,在生产储存环节应注意:
(一)生产环节
1.电池组装工艺干燥间内,锂带备用数量不超过当班使用量,并采取防水措施,设置室内温湿度监测报警装置。
2.电解液中转和储存区域应设置二氧化硫气体浓度监测报警装置和事故通风装置,确保区域通风良好。电解液配液和注液作业现场应配备过滤式防毒面具、消防沙、吸附棉等应急救援器材和物资。
3.老化车间应设置两路温度监控装置,确保当温度超出要求时,自动切断电源或加热气源。老化车间应设置独立分隔区域,每个分隔区域储存不大于24小时产出的电池成品,并分别设置出入口。
4.包装车间禁止使用易燃材料作为一次带电电池托盘材料,应至少设置两个安全出口,并根据需要设置逃生窗。
(二)储存环节
5.按照火灾危险性类,电池应储存在丙类仓库。仓库内应采取防水防潮措施。
6.电池仓库宜独立设置,与周边厂房和仓库的距离应符合建筑设计防火规范的要求。
7.电池仓库宜设置视频监控系统,定期人工检测或通过红外温度监测装置自动检测电池温度,防止电池温度异常。
8.电池仓库应按消防规范设置相应的火灾自动报警系统、自动灭火系统、防排烟系统等消防设施,并设置24h有人值守的消防控制室。
9.锂带仓库宜独立设置,应至少设置两个安全出口,采取室内外地坪高差、防水挡板、排水沟等截水和防水浸措施,仓库内应采用防爆电气设计,顶棚应安装氢气浓度监测报警装置,并与事故通风装置联锁。
10.成品堆垛应远离火源及热源,避免接触腐蚀性物质,并采取防止堆垛倾倒措施。
11.不同化学体系的电池、功率型和容量型电池应独立装载或储存。
(三)应急处置
12.至少每半年开展一次锂亚电池应急处置与疏散逃生演练,使全体从业人员熟知逃生通道、安全出口位置,掌握应急处置要求。
13.故障电池储存场所、电池临时性储存场所、电池生产场所、电池仓库,应配备长柄绝缘夹和防爆桶(罐)。单颗电芯发生热失控放入防爆桶,整盘电芯发生热失控宜采用消防水灭火。