锂离子电池生产企业的风险点和危险源浅析

蒲城人

危险源

电池

锂离子

风险

第一类

电解液

没有

老化

着火

第二类

　　2023年4月8日，在风景秀丽的南通市举行《第三届风险分级管控与隐患排查治理双重预防机制研讨交流会》。在主办单位江苏中气环境科技有限公司、会务组织单位上海应用技术大学工业安全与爆炸防护研究所、具体组织者南通吉泰安全技术公司教授级高级工程师许国兵先生的精心组织下，研讨会非常成功。第一届、第二届虽然只有江苏、上海、浙江的安全届专家学者参加会议，但是取得了很好的效果，影响扩大。本次研讨会参加者来自上海、北京、江苏、浙江、湖南、安徽、广东、天津、广西、贵州、山东、河北等省市自治区的安全届同仁。有大学、政府应急管理系统、科学技术管理局等政府主管单位，也有安全应急管理协会、安全咨询机构、安全设备生产企业等单位。与会人数达到160多人，远超预期。研讨会组织者不得不多次调整会场布置方案，以满足大家尽量多听听大会各位演讲人的经验和知识介绍的愿望。

有十五位专家学者分享了自己的专业知识和经验。

　　这些单位为研讨会提供场地、材料、资金赞助，是研讨会成功举办的重要条件。

　　受研讨会邀请，根据研讨会的主题，我在研讨会上做了《锂离子电池生产企业的风险点和危险源分析》的演讲。每一位演讲者的时间只有十五分钟，所以，只能很简要地介绍一下核心内容。为了有需求的朋友能够比较深入地理解锂离子电池企业风险点和危险源，我把演讲内容扩充，制成美篇。

企业的双控体系建设的核心是辨识出企业存在的风险点，在每个风险点辨识出具体的危险源。一个风险点可能存在多个危险源。

引起锂离子电池自燃的原因分为内因和外因。但是，无论是内因还是外因，除了外短路和外加热以外，都是因为电池内短路引起发热。如果产热量大于散热量，就会热失控，带来灾难性后果。

内因是制造瑕疵：

极片毛刺；

隔膜质量不好；

极片含有水分；

进入杂质；

极耳过长；

极耳压迫卷芯。等等。

随着电池制造过程自动化、智能化检测手段越来越先进，发生制造瑕疵的可能性越来越少。但是，制造瑕疵不可能绝对消除。制造瑕疵是小概率事件，但是，哪个电池会着火，什么时候着火，不可预知。

外因也叫做滥用安全性。分为电气类、机械类和环境类。

电气类：

过充(枝晶) ( 钴酸锂、锰酸锂、三元材料4.6V;铁酸锂5V)；

过放(低于2V)；

过电流(枝晶)；

过电压；

反向充电。等等。

机械类：

穿刺(内短路)；

冲击；

跌落；

挤压；

震动；

振动；

加速度冲击；

等等。

环境类有：

高温；

低温；

真空；

低气压；

气压变化；

温度变化；

盐雾；

高湿度；

等等。

外因是可控的。但是，在控制条件失效的情况下，就会出现事故。

　　Risk风险，就是生产目的与劳动成果之间的不确定性，表现为收益不确定性，说明风险产生的结果可能带来损失、获利或是无损失也无获利。风险发生可能带来好结果也可能带来坏结果，最典型的例子是“股市有风险，投资要谨慎”。有人在股市上赚得盆满钵满，有人亏损跳楼。

Ganger危险发生，一定只有坏结果。

有危险源才有风险。事故都是失控的危险源引起的。

根据企业经营活动的重要性，可将风险分为：运营风险、法律风险、财务风险、市场风险、战略风险五类。

根据企业生产安全风险自身的性质，可以将其分为固有风险、剩余风险和识别风险三类。固有风险是假设企业未进行管控情况下的风险，它体现了风险的重要性。剩余风险是结合目前的管控措施之后，企业剩余的风险，它体现了企业目前的管理现状以及需要后续强化的环节。剩余风险也可以叫做现实风险，意思是在实际控制状态下，危险源可能导致的事故发生的可能性及其后果。识别风险是指虽然在风险识别过程中采取了有效的识别工具，但仍识别不出而造成的风险。

生产安全风险还可以分为固有风险和随机风险。只要进行生产，就存在固有风险。比如一个五金厂，有冲压机就有机械伤害的风险。这种风险是与生俱来的，除非不进行生产活动。

高坠风险就是一种随机风险。标准规定落差超过两米就属于危险作业。只要人作业时不存在落差，就没有风险。高坠风险是可以排除的。但是，也发生过落差不到半米的坠亡事故。

这是一个锂离子电池生产企业老化房火灾事故。企业在事故发生前没有进行危险源辨识。

危险源辨识的思路

1.存在什么危害（危险源）？

2.谁（什么）会受到伤害？

3.伤害怎样发生？

找到危险源，并对有关性质做出判断：

1.识别危险源的存在：有没有?在哪里?是什么?

2.确定其特性：状态是好是坏?诱发哪种事故?谁会受到伤害?等等。

3.过程：过程意味着需要先后顺序，即有定义、有标准、有识别的方法;有组织、 有人员、有时间、有处置等等。

这是一个新能源电动汽车立体停车库。如果发生火灾，就会火烧连营，经济损失将会很大。应当进行危险源辨识。

危险源辨识的内容：

自然环境、地质条件、建构筑物、作业场所、工艺流程、设备设施、原辅材料、危险物质、作业活动、管理机构、社会因素

危险源辨识应考虑以下几个方面的内容:

三种状态：

正常、异常、紧急;

三种时态：

过去、现在、将来;

七种安全危害：

机械能、电能、热能、化学能、放射性、生物因素、人机工程因素(生理、心理)

20种事故类型：

GB6441《企业职工伤亡事故分类标准》或依据GB/T13861《生产过程危险和有害因素分类与代码》

　　第一类危险源是直接造成危害的因素，第二类危险源是使得第一类危险源发生作用的因素。第一类危险源基本上都是物质因素或者环境因素。第二类危险源包括人的不安全行为、物的不安全状态、环境的不安全状况和管理上的缺陷。

第一类危险源好比是炸弹的战斗部，第二类危险源好比是炸弹的引信。没有引信的炸弹是不会爆炸的。

风险分级管控与隐患排查治理在管理理念上是有区别的。

第一类危险源的种类。

第一类危险源的具体类型。

第二类危险源的种类。

某锂离子电池老化房火灾现场1

锂离子电池企业的火灾是常见事故。给企业造成很大的经济损失。一次事故的经济损失达几百万、几千万。甚至有的企业在一场火灾以后就倒闭了。

某锂离子电池老化房火灾现场2

某锂离子电池厂爆炸现场1

某锂离子电池老化房火灾现场2

某锂离子电池老化房火灾现场3

某锂离子电池老化房火灾现场4

一般人说的锂电池是指锂离子电池。其实，锂电池有两种，一种是锂电池或者锂金属电池，其负极就是以镍丝网为集流体的锂金属片。负极是粘附在镍丝网上面的碳材料。这种电池是一次性电池，不能充电。小的用在心脏起搏器上，大的给共享单车锁、油井测量仪器供电。

另一种就是常见的锂离子电池，有大有小，有圆有方。充电时，锂离子由正极进入电解液，穿过隔膜，来到负极，电子通过外电路来到负极。放电时，锂离子和电子都是反方向移动。来来回回，就像摇椅一样，所以也昵称“摇椅电池”。“离子不上岸，电子不下水”。就是说在锂离子电池充放电过程中，锂离子只能在电解液里面移动，不能进入外电路。电子只能在外电路移动，不能进入电解液。

　　锂离子电池内部构造有四大件，正极片、负极片、隔膜、电解液。正极片上涂有能够产生锂离子的物质，比如钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。负极片上涂有能够容纳锂离子的物质，目前主要是碳材料，新型的有硅材料，也有用钛酸锂做负极的。隔膜是三层聚合物材料，上面有可以让锂离子顺利通过的门。这些门在正常情况下是敞开的，锂离子可以自由通过。当电池因为各种原因而产生内短路，温度升高，超过110℃，这些门就会自动关闭，锂离子不能通过，内短路消失，发热停止，电池就不会着火。

锂离子电池内部芯片模组的材料。

电解液大部分属于甲类可燃物。生产中实际使用的是几种有机溶剂按一定比例混合使用。

这是锂离子电池生产工艺流程

双体系建设的核心是辨识风险点，查找危险源。下面把锂离子电池各生产工位的风险点和危险源做一个简要的分析。一般企业存在的共性风险，比如触电等在此不涉及。

工序：电解液仓库

风险点：电解液中转仓库

第一类危险源：

电解液

第二类危险源：

1.与主厂房的防火间距不够；

2.防雷、防静电接地失效，库门没有防静电跨接；

3.没有使用防爆电器；

4.可燃气体浓度探测报警器灵敏度低、安装位置不对、没有连接到24小时有人值班的地方；

5. 没有设置防止液体流散的设施；

6.通风不良，没有考虑电解液蒸汽的密度，进、出风口的位置不对，没有事故风机；

7.没有自动灭火装置；

8.仓库内的防火墙耐火极限不应低于4.00h。（建规3.2.9 ）

防静电接地

工序：配料

风险点：配料搅拌机

第一类危险源：

粉尘、NMP

第二类危险源：

1.企业没有严格执行《涂装作业安全规程安全管理通则》（GB 7691-2003）和《生产过程安全卫生要求总则》(GB 12801-91)；

2.配料区域没有独立布置，配料场所没有采用密闭作业；

3.没有通风除尘系统；

4.通风管道的静电保护接地设施缺失；

5.搅拌作业没有使用不产生火花的工具；

6.搅拌机没有可靠的接地设施；

7.通风条件不能够确保现场可燃液体蒸气的浓度低于爆炸下限5%；

8.作业现场没有配备消防措施；

9.配料区域的风扇、风机或空调的出风口正对配料设备；

10.在进料口、风机轴承前没有安装阻挡异物的网格或者除铁器，不能避免异物进入旋转轴处摩擦发热起火；

11.除尘风机的滤网没有使用阻燃材料，没有安装压差监控联锁装置，定期进行检查；

12.粉料没有经过强力磁铁除去铁质；

13.电气控制柜应放在配料区域里面；

14.配料区域的电器没有采用防爆电器；

15.配料区的电气设备没有采取防范“积尘导电”危害的措施，不能避免粉尘堆积电气设备、导致短路、受潮降低爬电距离引起漏电、发热、起火、电弧伤害、控制逻辑异常等意外；

16.没有采用氮气压出NMP；

17.配料作业现场的员工没有佩戴防尘口罩。

除去铁杂质的强力磁铁。电池里面如果混有铁杂质，对电池危害非常大。

工序：涂层烘干

风险点：涂布机

第一类危险源：

测涂层厚度的钴60等放射源、涂层机

第二类危险源：

1. 放射性防护装置失效；

2. 拆装放射源时操作失误；

3. 涂布辊防护不到位。

工序：涂层烘干

风险点：正极烘道

第一类危险源：

NMP蒸汽

第二类危险源：

1.NMP回收系统没有采取防止NMP蒸气逸散或泄漏的措施；

2.NMP回收系统没有异常或紧急停机状态下通风延时的功能，通风不能使设备内部可燃气体浓度降低到爆炸下限的25%以下；

3.烘道内浓度最高的几节没有安装NMP浓度自动实时监控报警装置和浓度超过50%时停机功能；

4.采用直接的电加热方式时，电加热设备没有控温保护、超温保护和连锁停机的功能；

5.电加热设备前方没有设置保护罩。烘道内部没有设置不燃网格阻挡异物进入，以免异物被电加热丝点燃引发火灾；

6.烘道没有泄爆装置；

7.烘干机外部设有有效的独立通风设施，不能确保设备外面可燃气体浓度低于爆炸下限；

8.没有实行涂层烘干设备定期检测、检验制度。

带有泄爆管的正极烘道。

工序：辊压

风险点：辊压机

第一类危险源：

辊压机机械伤害、粉尘

第二类 危险源：

1.辊轴旋转处没有设置遮挡装置；

2.没有在设备明显处张贴安全警示标志；

3.辊压作业产生粉尘没有设置粉尘回收装置；

4.作业人员没有佩戴防尘口罩。

工序：开料

风险点：分条机和剪切机

第一类危险源：

机械、激光

第二类危险源：

1.除尘设备缺失；

2.分条机和剪切机的安全防护装置缺失；

3.激光分切机防爆性能缺失引起粉尘爆炸；

4.电极及引板切断后产生的毛刺(毛边)过长,会刺穿隔膜, 引起内部短路或微短路。

工序：卷绕叠片

风险点：卷绕叠片机

第一类危险源：

机械

第二类危险源：

1. 通风除尘设备缺失；

2. 机器存在锐角部位；

3. 采用非O型传动带。

工序：点焊

风险点：点焊机

第一类危险源：

激光、超声波

第二类危险源：

1.用超声波焊机进行焊接的，没有采用吸波材料制作的防护罩；

2.超声波焊机工作时，3米以内的人员没有佩带耳塞或耳罩；

3.采用激光进行焊接的没有采用密闭作业。未使用密闭作业方式的，作业人员没有采用眼部安全防护措施；

4.采用激光焊接方式进行软连接焊接和顶盖焊接，激光焊接的设备不能满足本身防爆要求。

工序：冲压成型

风险点：冲压机

第一类危险源：

机械伤害

第二类危险源：

1. 没有采用活动下模，人手部进入危险区域；

2. 没有采用双手动开关，没有在模具工作区域外设置安全红外线光栅等防护装置。

工序：封装

风险点：封装机

第一类危险源

机械伤害、电弧光

第二类危险源：

1.封装机缺失防护装置，易压伤手指；

2.热压封装缺失防护装置，易烫伤手指；

3.焊接弧光伤眼；

4.电池内掉入杂物，有内短路风险；

5.卷绕体入壳不正确，有内短路风险；

6. 正、负极耳在电池壳中的弯曲，有内短路风险；

7. 封口体组件与电池壳焊接或者扣压质量接不好，发生漏液。

工序：注液（行业重大隐患点）

风险点：电解液中间仓库

第一类危险源：

电解液

第二类危险源：

1.电解液储存危险源与电解液中转仓库同；

2.电解液存放量超过一昼夜用量。

这个电池厂直接把电解液桶放在注液车间，有很大的安全风险。

工序：注液

风险点：注液机

第一类危险源：

电解液

第二类危险源：

1.注液工序前电池组件烘烤不到位，电池芯组件水分含量超标，存在火灾隐患；

2.注液机内部空气干燥度不够，电池芯组件有吸收水分，致使水分含量超标；

3.注液机防静电接地不好。

注液车间的湿度控制非常严格，露点在-38℃以下。电解液、极片、隔膜都会吸潮。电池里面水分大了容易产生化学反应，有电池存放过程着火的风险。

工序：注液

风险点：注液车间

第一类危险源：

电解液

第二类危险源：

1.注液车间不能成为独立的防火分区；

2.封闭空间无通风有爆炸风险；

3.车间没有气体浓度探测仪；

4.没有使用防爆电气；

5.无独立的通风设施和不连锁，不满足事故通风能力12次/小时；

6.消防设施不足；

7.现场缺乏可以防氟化氢的呼吸器。

工序：化成、分容（行业重大隐患点）

风险点：化成柜

第一类危险源：

电解液蒸汽

第二类危险源：

1. 化成工序不是独立的防火分区；2. 化成设备的电池电压、电流、容量、温度和时间等异常报警功能缺失；

3. 化成设备的校准、诊断、过充、过放等保护功能不健全；

4. 没有使用防爆电气；

5. 化成设备断路器没有设在显眼、易操作位置，火灾发生时不能方便快捷地切断电源；

6. 化成区域天花板没有设置烟感和温感火灾探测器；

7.消防设施缺失；

8.缺乏水桶、防爆箱、消防手套、坩埚钳等应急设施；

9.没有事故风机；

10. 现场缺乏可以防氟化氢的呼吸器。

锂离子电池着火以后，发生爆炸，电池像子弹一样到处炸飞，救援人员无法靠近。所以，化成柜有防爆网。

柜式化成机

工序：老化静置（行业重大隐患点）

风险点：老化房

第一类危险源：

电解液蒸汽

第二类危险源：

1. 没有实体墙独立隔开；

2.老化房单位面积过大；

3.高温老化的加热源在老化房内；

4.没有火灾自动探测报警装置；

5.没有可燃气体浓度监控装置；

6.没有使用防爆电气；

7.没有泄爆口；

8.没有自动喷淋灭火装置；

9.没有人24小时监控；

10.没有独立事故风机连锁；

11.没有达到事故风机能力为12次/小时；

12. 缺乏水桶、防爆箱、消防手套、坩埚钳等应急设施。

工序：储存 （行业重大隐患点）

风险点：电池仓库

第一类危险源：

电解液蒸汽

第二类危险源：

1. 没有实体墙独立隔开；

2.电池仓库单位面积过大；

3.电池荷电量高于70%；

4.退货电池及问题电池没有单独存放；

5.电池电极没有防短路措施；

6.没有火灾自动探测报警装置；

7.没有可燃气体浓度监控装置；

8.没有使用防爆电气；

9.没有泄爆口；

10.没有自动喷淋灭火装置；

11.没有独立事故风机并连锁；

12.没有人24小时监控；

13.没有达到事故风机能力为12次/小时；

14. 缺乏水桶、防爆箱、消防手套、坩埚钳等应急设施。

　　风险点和危险源辨识出以后，进行风险评估。LECD法是一个常用评估工具。

根据以往发生的事故，可以认为锂离子电池的化成、老化、储存环节发生火灾是大概率事件。

但是，人员在危险环境暴露的频率对于锂离子电池仓库和老化房风险评估就不适合。因为现在普遍采用自动监测，自动报警和视频监控技术。老化房和仓库并不需要人在里面。

发生事故产生的后果对老化房和电池仓库评估也不适合。从以往发生的事故来看，锂离子电池发生火灾主要是造成财产损失，死人的事故极少，已知的只有北京丰台锂离子电池蓄能电站事故和湖南某废旧电池回收处理的企业发生过。

　　根据辨识结，D=lxExC的值大于720算红色，也有的地方规定超过320就是红色，是最高风险级别。

一个风险点可能存在多个第一类危险源，更可能存在多个第二类危险源。评估时以第一类危险源为评估基础，再参考与第一类危险源相关的第二类危险源，取相应的参数值。根据计算结果，以最高值定本风险点的级别。

一个车间、仓库有多个风险点，以评估出最高风险级别定为本处所的风险级别。

一个企业有多个车间、仓库，以最高风险级别的处所定为本企业的风险级别。有的地方安全应急管理部门要求凡是定为红色和橙色的企业要上报安全应急管理部门。监管部门还要派专家来复查确认。政府监管部门将对红色和橙色企业进行重点监管。

　　安全矩阵法比较适合锂离子电池企业的风险评估。这种方法在参数取值时不但考虑了事故发生的可能性，更全面地考虑了事故的各种后果。

事故发生的可能性取值范围。

事故发生的后果不但考虑了人员伤亡，还考虑了经济损失、企业形象受损、法律责任等等因素。比较容易取值。

根据计算结果，确定风险点的风险级别。

　　这是一个锂离子电池仓库火灾发生过程。仓库里的电池在存放过程发生自燃，是个别电池因为制造不良等原因，发生内短路，电解液膨胀，泄漏出来，着火。这个着火的电池加热了旁边的电池，所以，锂离子电池着火不是很多电池一起着火，而是一个一个陆续着火，就像多米诺骨牌效应一样。所以，扑灭锂离子电池着火，主要矛盾不是灭火，而是降温。把没有着火的电池的温度降下来了，就不会参与着火。

　　锂离子电池着火是一个随机过程，不可能预测。有的地方要求有人24小时监控。但是人总要吃饭、上厕所，有短暂离开的可能性。这个监控视频就是在巡查人员刚刚离开的时候着火了。所以，人防不如技防。锂离子电池仓库应当安装自动监控、自动报警、自动灭火装置。

　　锂离子电池火灾灭火的主要矛盾是降温，不是灭火。这个视频说明干粉灭火器不能灭电动自行车火灾，就是因为干粉灭火器是化学灭火，通过抑制自由基达到灭火效果，只能灭有火焰的明火，不能降温。锂离子电池着火最有效的灭火剂是水。二氧化碳也能降温，但是在敞开的环境，二氧化碳很快流散，降温效果不理想。

　　这是一个著名企业的老化房，有几十个这样的两三平方米的老化房。很多发生过火灾的电池厂都把老化房改成小面积。老化房火灾比较普遍，防不胜防，两害相权取其轻，不能完全避免老化房火灾，就把老化房化小，只有几个平方米。一个老化房着火，即使不能及时灭火，损失也很小。

老化房里面有烟感、温感，自动喷淋。

老化房外面有水桶和消防软管。

这是一个企业的锂离子电池仓库着火以后，把原来几百平方米的电池仓库改成好几个三十平方米的仓库，专门安装了事故风机。事故风机是与车间供电不相连的独立的线路。因为发生火灾以后，车间全部停电，事故风机不能停电，要继续排烟。锂离子电池的电解液含有六氟磷酸锂，着火以后会有氟化氢，毒性很大，会伤害救援人员的健康。

　　锂离子电池着火过程是第一个电池因为内短路引起热失控，然后通过热传导和热辐射、热对流加热旁边的电池。为了减缓旁边电池被加热的速度，使用专用电池框，有隔板，把电池隔离一公分。

锂离子电池专用的框及其隔离格。

电池仓库外面的消防软管。

电池仓库不宜太大。在仓库里面还用实体墙隔成一个个小空间。万一某个小空间里面的电池着火，喷水灭火时不会危及旁边的电池，可以把损失控制在最小。

仓库外面的水桶、砂框和消防软管。配有坩埚钳和消防手套。发现个别电池发热甚至着火，用坩埚夹或者戴消防手套拿起着火电池，扔进水桶或者砂框就没有问题了。火比较大，就用消防软管喷水灭火。

这是我写的《锂电池及其安全》，四十多万字，四百二十页。把锂电池和锂离子电池的生产全过程及储存、运输、使用、废旧电池回收处理的全生命周期的安全问题都做了介绍。还介绍了国内国际四十多个关于锂电池的安全要求及实验的标准。即使对锂电池完全不懂，看了这本书，对锂电池就有了基本的了解。

淘宝和当当网上面都有卖。