2024锂离子电池和供应链共性安全技术

锂离子电池和供应链共性安全技术1.锂离子电池和供应链工厂共性事故2.物料遇液体形成原电池产热产气自燃3.细粉料爆炸和科学防爆技术4.锂离子电池产烟量通风量爆炸参数5.可燃溶剂通风稀释到不燃浓度6.推荐的技术标准331.物料遇到液体反应产热产氢燃烧爆炸三类共性事故2.细粉料爆炸3.有机溶剂蒸汽燃烧爆炸江西九江某锂电厂火灾爆炸云南曲靖某粉料厂爆炸江西九江某锂电厂火灾爆炸厂火灾爆炸气体粉尘混合爆炸气体粉尘混合爆炸堆积电池燃烧爆炸4表1动力电池厂粉尘燃烧爆炸案例清单(3年内)次数事故类型事故教训3次除尘系统粉尘淋雨自燃第一次户外除尘系统无防雨措施，除尘器粉尘淋雨自燃，烧毁除尘器本体，堆放的湿润粉尘在三天后专家到场调研，还可燃烧。第二次是户外除尘系统增加了立体雨棚，忘记对户外管道连接的缓冲用途的帆布管防雨，导致雨水通过帆布进入粉尘，引起燃烧。第三次是清理除尘器的滤筒，堆放在地面接触水自燃3次室内吸尘器吸收粉尘燃烧第一次是使用普通吸尘器，密封不良，粉尘随冷却风道进入电机线圈，造成粉尘导电电路电弧点燃粉尘燃烧第二次、第三次是使用工业防爆风机，车间内吸尘，无意先吸完地面水渍，再吸入粉尘，粉尘遇高电导率的泥浆水快速电解，产热，放氢气，自燃，气体冲击扬尘，视频看到多次粉尘爆炸火光，类似鞭炮多次闪光激光清洗工艺处发生燃烧第一次激光清洗工艺即激光灼烧表面，高温直接点燃了铝壳电池注液后溢出在表面的电解液起火。第二次是滑石粉惰化不够，激光清洗工艺的激光点燃了金属壳电池外面沾染的电解液。后期优化调整了滑石粉的比例，实现抑爆，不再燃烧。塑料管道后点燃粉尘第一次是激光切割工艺的高温金属熔渣，点燃了阻燃材料的透明塑料管道，燃烧后点燃粉尘。但是事故分析不到位，误会是静电火花，采取防静电措施。第二次是承接第一次分析错误，激光切割工艺的高温金属熔渣再次点燃阻燃材料透明塑料管道，燃烧后点燃粉尘。这次解剖分析到位，采取首端2m用金属管道熄灭和冷却激光金属熔渣的方法，解决问题1次进风口吸入胶带纸张异物进风口吸入胶带、流程纸等低燃点异物(燃点值在150℃左右),在负压风机的纸张，继续燃烧点燃滤袋，烧毁风机；因为采用了锁气泄灰阀在料斗口，所以没有点燃料斗中积累的粉尘。改进措施是在进风口、补风口增加阻挡异物的网格后，消除了隐患。准T/SPSTS042。52.物料遇液体形成原电池产热产气自燃5研究异种粉尘、废渣遇水、酸液形成原电池参数，放研究异种粉尘、废渣遇水、酸液形成原电池参数，放电、产热、释放氢气，酸液和金属放热反应释放氢气，自燃机理泉体机比0检称2泉gg420材料组合钴酸锂-石墨钴酸锂-铝箔钴酸锂-铜箔锂镍钴锰-石墨锂镍钴锰-铜箔电解液中开路电压(V)材料组合锂镍钴锰-铝箔磷酸铁锂-铜箔磷酸铁锂-石墨铝箔-石墨铝箔-铜箔电解液中开路电压(V)图3开路电压和液体电导率散点图·放电慢，R小则U小放电快图2原电池接不通电阻降低电压示意图分析裸电芯在液体电导率和开路电压，发现电导率低的开路电压高，电导率高的开路电压低，证明原电池正在放电。记录电压发现电压从高到低逐步下降，证明正在放电。伴随电流可以计算单位时间的电量，对应了正极溶解、负极接受电子可能伴随有电解金属膜现象，电解金属膜在某些场景造成短路62.物料遇液体形成原电池产热产气自燃6研究异种粉尘、废渣遇水、酸液形成原电池参数，放电、产热、释放氢气，酸液和金属放热研究异种粉尘、废渣遇水、酸液形成原电池参数，放电、产热、释放氢气，酸液和金属放热反应释放氢气，自燃机理反应缓慢，捏瘪拧紧的瓶子保持捏瘪的状态 (PH=2的硫酸),激烈产(c)废渣样品中典型物质(c)废渣样品中典型物质(f)反应温度高达247℃(f)反应温度高达247℃废渣和硫酸反应温度废渣和硫酸反应温度燃点72.物料遇液体形成原电池产热产气自燃7研究异种粉尘、废渣遇水、酸液形成原电池参数，放电、产热、释放氢气，酸液和金属放热研究异种粉尘、废渣遇水、酸液形成原电池参数，放电、产热、释放氢气，酸液和金属放热反应释放氢气，自燃机理0图5圆柱形集尘桶堆积铝粉自燃风险源于东北大学王鑫阳、李刚的论文表4遇水放出易燃气体的物质和混合物的分类GB30000.13-2013《化学品分类和标签规范第13部分：遇到水放出易燃气体的物质和混合物》燃气产生速度测试标准燃气产生速度测试标准于每千克物质在任何1min内释放10L的任何物质或化合物20≤产气速率在环境温度下遇水容易发生反应，释放易燃气放20L,并且不符合类别1的任何物质或化合物放1L,并且不符合类别1和类别2的任何物质或化合物1≤产气速率产气速率类别3.细粉料爆炸和科学防爆技术83.细粉料爆炸和科学防爆技术粉尘爆炸安全研究方法粉尘爆炸安全研究方法参数，纠正常见错误(完成)5.受限空间5.受限空间无效点火源(完成)研究内容(完成)(完成)4.有效点火源4.有效点火源1.3推导和测试可燃粉2.氧气2.氧气3.可燃浓度图6粉尘爆炸五边形模型(失效模式)反应释放氢气，自燃机理(完成)93.细粉料爆炸和科学防爆技术9粉尘气化体积膨胀倍数铝粉半径和单颗熔化热散点图△E单颗熔化热(mJ)△E单颗熔化热(mJ)铜粉硅粉镁粉铝粉聚丙烯聚乙烯铜粉硅粉镁粉铝粉聚丙烯聚乙烯锌粉铁粉聚偏二氟乙烯尼龙0.0000.0010.0020.0030.0040.0050.0060.007图7推算粉尘气化膨胀体积倍数模型图8推算点火能可以点燃粉尘粒径模型粉尘，可以豁免多粗的粉尘来简化投资3.细粉料爆炸和科学防爆技术非爆炸区域的车间和仓库如果粉尘爆炸进入车间，则伤亡惨重>200人0投料工艺纳米碳粉>200人涂布车间PVDF粉尘图9科学划分爆炸区域>500人激光工艺的金属烟尘装配车间>5人①隔爆阀→①车间粉尘一②车间粉尘管道③隔爆阀④进入除尘器本体管道⑤除尘器容器高尘区域⑦清洁空气区域⑥⑥滤筒⑤⑤⑧⑪⑧⑨⑨爆炸分区，40m²/套，0人>900人非爆炸区域车间和仓库表5粉尘防爆安全不当设计清单序号不当设计内容不安全分析建议纠正1室内粉尘管道直接安装无火焰泄爆器不用室内无火焰泄爆器，室内除尘器体积≤0.5m³且每班清理后每班粉尘量≤2.5kg的无害程度2在倾斜管道安装隔爆阀隔爆阀多是水平管道的重力平衡式结构，倾斜管道不发挥作用使用水平管道安装隔爆阀，或选择特殊磁吸隔爆阀用于倾斜管道3除尘器的泄爆片、泄爆阀相对布置形成对轰烟尘爆炸改变位置到不相互对轰4采取水吸收粉尘湿法除尘水分降低电池粉料容量采用干式除尘5户外除尘器和管道不采取防水措施粉尘遇水电解释放氢气采取立体雨棚防水6进风口、补风口不设置阻挡异物网格纸张胶带吸入负压风机的轴承摩擦生热燃烧增加不锈钢网格阻挡异物，低气阻对轰布置D2中0事无火焰泄爆器0图10粉尘防爆不当设计图例3.细粉料爆炸和科学防爆技术锂离子电池材料、辅料、衣物，多数满足ESD要求。抗静电材料的电阻在o到100锂离子电池材料、辅料、衣物，多数满足ESD要求。静电耗散材料⑧布鞋20MQ⑩棉布手套42MΩ⑭磷酸铁锂粉料为静电绝缘材料(☆绝缘材料产生静电，可计算其能量)⑮电池外部套膜绝缘材料。电阻315GQ;动力电池金⑩绝缘包装容器。贴膜①混凝土地面，>400GΩ;瓷砖地面，>400GQ;为静电屏蔽材料为静电屏蔽材料部④电池金属外壳⑤电池石墨阳极，锂⑥人体电阻标为1KΩ)⑦防静电工衣放电类型源头放电能传递点火能点燃能力人体向设备充电可点燃多数燃气，不能点燃粉尘机器对机器充电可点燃部分燃气，不能点燃粉尘设备对金属表面可点燃少量燃气，不能点燃粉尘粉料电晕放电引燃MIE≤0.025mJ的燃气粉料刷形放电引燃多数燃气和有机溶剂蒸气，MIE≤3mJ的气液粉尘混合物粉料堆表面放电≤几J引燃多数燃气和有机溶剂蒸气，MIE≤10mJ的气体/物粉料人体放电引燃多数燃气和有机溶剂蒸气，MIE≤30mJ的气体/合物，少数细粉尘粉料火花放电引燃多数燃气和有机溶剂蒸气，MIE≤1J的气体/粉粉料传播型刷形放电≤数百4.锂离子电池产烟量通风量爆炸参数4.1创建电池燃烧产烟量模型、熄灭抑爆通风量模型4.1创建电池燃烧产烟量模型、熄灭抑爆通风量模型4.2研究电池爆炸参数、抗爆泄爆抑爆参数4.2研究电池爆炸参数、抗爆泄爆抑爆参数产烟量Vsmoke=800×Velectrolyte抽风量Vfan=160000×Velectrolyte创新研究的公式写入安全标准，Vsmoke是电池燃烧产生烟雾量，是熄灭抑制燃烧需要的通风量。表7电解液液体气化体积膨胀倍数·机理推导1:液体气化膨胀模型；·机理推导2:电解液裂解模型(电解液CHyOz→烃类气体CHy)·验证2:分析6年积累的临近热失控电池的内部气体数据证明·机理推导3:用烃类气体爆炸压强典型·验证3:热箱内电池爆炸抗爆泄爆试验液体气化体积膨胀倍数摩尔数每g液体体积每g液体气化后体积(ml.g¹)4.锂离子电池产烟量通风量爆炸参数(白烟是电解液蒸气)烃类气体CHy燃烧爆炸(f)4.锂离子电池产烟量通风量爆炸参数金属壳动力电池电池内部燃烧火焰体灭火示意图炸照片图13惰性气体窒息灭火引起爆炸试验抽气管抽气管抽风机黑离子电池图14设备抽气灭火装置示意图指导形成武汉理工大学的专利适合储能系统、电动船舶、飞机、汽车等电池包的灭火4.锂离子电池产烟量通风量爆炸参数1)“风”即通风稀释燃气浓度低于爆炸下限的5%就无爆炸、无二次燃烧防爆风机2防爆风机2防爆风机1管道输送120m排烟(a)固定风机(b)移动风机(带有伸缩铝箔管道的风机，可图3.12风机排烟抑爆试验照片4.锂离子电池产烟量通风量爆炸参数2)掌握消防风水法的水，即果断用水灭火。要求掌握知识和操作为：a)掌握知识为水灭火降温速度是其他灭火剂的10倍以上，水进入破损的电池将活泼的LiCx惰化为碳酸锂陶瓷。b)掌握单位面积水量对应灭火快慢，从大到小依次为泡水、定点射水和定点水雾、消火栓射水、喷淋系统。C)掌握用水灭火要防范触电风险，应采取设备断电、漏电开关、设备金属外壳多点按地。d)了解水量配置遵循北京地标DB11/Z728标准，每5万安时配9升水或每500平方米配60升水。e)了解从单位面积水量看，现有标准喷淋系统和高架仓库喷淋系统不能有效灭火，只能模似修改测试达到灭火效果，修改增加喷淋量和布局、或设备自带喷水/水雾灭火装置、或人为射水喷雾灭火。f)了解不用盐水、泥浆水接触高压电池包防范电弧起火，宜用自来水、干净地表水灭火。(a)泡水箱(b)泡水池或围堰(c)喷雾器(d)消防盘管(d)消防水带(e)水喷淋系统不能有效灭火5.可燃溶剂通风稀释到不燃浓度四个知识点，可以参考SJ/T11798或者T/SPSTS041标准中的内容①安东尼公式，从液体的熔点、沸点推导两者之间的温度对应的保护蒸气压，计算浓度。②马扎克公式，计算风速下稀释的溶剂蒸气浓度③计算工艺能力系数和失效率④计算暴露途径的危害程度图15安东尼公式示意图两点为(熔点，10Pa)和(沸点，101.3kPa)5.可燃溶剂通风稀释到不燃浓度1)马扎克公式原型·式中G是泄露率，单位g/h;u是风速，单位m/s;Pv是饱和蒸气压，单位是Pa;S为泄露面积，单位m²;M为分子量，无量纲。这里133.32是气压学位转换，每毫米汞柱为133.32Pa。2)马扎克公式变化2)马扎克公式变化·式中D是溶剂蒸气浓度，单位为爆炸下限值LEL;u是风速，单位m/s;P是高温度的饱和蒸气压，单位为Pa;M是物质分子量，无量纲；n是每摩尔物质燃烧消耗的氧气分子量，无量纲。5.可燃溶剂通风稀释到不燃浓度计算工艺能力系数和失效率Mean=Average(数组