锂电池安全生产操作手册.docx

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1、锂电池安全生产操作手册第一章锂电池基础知识一、基本概念4二、锂离子电池简介及结构6三、锂离子电解液特性要求9四、锂离子电池生产工艺10第二章危险有害因素辨识一、锂电池生产安全风险辨识14二、锂电池生产可能导致的安全事故类型18三、锂电池工艺危险性分析25第三章事故安全防范一、技术措施33二、内短路防范措施34三、微短路和内短路电芯的筛除35四、外短路防范措施35五、生产工序安全要求36六、电芯、电池安全生产要求37七、老化工艺安全风险管控要点41第四章安全管理要求一、配备安全生产管理人员46二、建立完善的制度46三、加强作业人员培训教育48四、查隐患、估风险、定措施48五、建立巡查制度52六、

2、佩戴劳防用品52七、危险化学品管理53八、厂区布置与工、库房结构54附录锂电池安全事故防范要点6766锂电池基础知识1 .锂离子蓄电池（单体电池）：含有锂离子的能够直接将化学能转化为电能且装置。该装置包括电极、隔膜、电解质、容器和端子等，并被设计成可充电的电池称为锂离子蓄电池。2 .蓄电池组（电池组）：由任意数量的锂离子电池组合而成且准备使用的组合体。该组合体包括适当的封装材料、连接器，也可能含有电子控制装置。3 .搅拌：是指将活性物质、粘结剂、导电剂、溶剂等通过混合、分散而配置成均匀的浆料过程。4 .负极涂膜：将浆料均匀涂抹在基材上，通过烘箱将基材烘干，同时将烘箱内的蒸汽通过回收系统进行回收

3、。5 .注液：完成电解液注入锂离子电池电芯的过程，注液方式包括人工注液和自动化注液。6 .化成：激活电池活性物质，在电池表面形成致密稳定的SEl膜的电化学过程，通常指首次对电池充电的过程。7 .老化（静置）：将化成后的电池在一定的环境C品度、气压）条件下存放一段时间，以筛选出劣质产品的过程。通常分为常温静置和高温静置。8 .成品电池：经检验合格并已包装入库的产品，或虽未入库，但已办理入库手续的锂离子电池产品。9 .半成品电池：经过化成带电后，并未进行检验，进入成品电池仓库前的电池。10 .原辅材料：锂离子电池制作所需的材料，包括正负极材料、导电剂、粘结剂、隔膜、电解液、集流体、外壳、安全阀等。

4、11 .次品电池：电池经过检测，部分性能、规格不能完全满足要求的电池。12 .报废电池：不能再继续使用，报废或不合格的电池。13 .闪点：在规定的试验条件下，可燃性液体或固体表面产生的蒸汽与空气形成的混合物，遇火源能够闪燃的液体或固体的最低温度（采用闭杯法测试）。14 .防火分区：在建筑内部采用防火墙、楼板及其他防火分隔设施分隔而成的区域，将火灾限制在一定的局部区域内（在一定时间内），不使火势蔓延。15 .防火间距：防止着火建筑在一定时间内引燃相邻建筑，便于消防扑救的间隔距离。16 .防火隔墙：建筑内防止火灾蔓延至相邻区域且耐火极限不低于规定要求的不燃性墙体。、锂离子电池简介及结构1 .锂离子

5、电池简介锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiXCoO2LiXNiO2LiXMnO2LiFePO4和三元复合材料。负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的称为“摇椅电池”。圆柱型锂离子电池软包装和聚合物锂离子电池方型锂离子电池充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态。放电时则相反。2 .锂离子电池结构正极：活性物质、导电剂、溶剂、粘合剂、基体负极：活性物质（石墨、MCMB、CMS）、粘合剂、溶剂、基体电解液外壳五金件：钢壳、铝壳、盖板、极耳、绝缘片、绝缘胶带（1）锂离子电池结构一一正

6、极电池放电时从外电路获得电子的电极，此时电极发生还原反应。通常是电位高的电极，锂离子电池中的钻酸锂、镒酸锂电极等。正极基体：铝箔（约O. 016mm厚）正极物质：LiFePO4+炭黑+PVDF（2）锂离子电池结构一一负极电池放电时向外电路输送电子的电极，此时电极发生氧化反应。通常是电位低的电极，锂离子电池中的石墨电极。负极集流体（负极极耳）：锲带（约0.1mm厚）一高温胶带（约0.05mm厚）负极基体：铜箔（约0.01Omm厚）负极物质：石墨+乙烘黑+CMC+SBR(3)锂离子电池结构一一隔膜隔膜是放置于两极之间，作为隔离电极的装置，藉以避免两极上的活性物质直接接触而造成电池内部的短路。但隔膜

7、仍需能让带电离子通过，以形成通路。隔膜要求：离子透过度大。机械性强度适当。本身为绝缘体。不与电解液及电极发生反应。电解液三、锂离子电解液特性要求1 .能较好地溶解电解质盐，即有较高的介电常数。2 .应有较好的流动性，即低黏度。3 .对电池的其他组件是惰性的，尤其是充电状态下的正、负极表面。4 .在很宽的温度范围内保持液态，熔点要低，沸点要高。5 .安全性要好，即闪点要高，无毒。U!、锂离子电池生产工艺1.锂离子电池生产典型工艺流程图配料涂布烘烤根压，二叠片缠绕卜点焊分容化成-注液-包装-冲压成型Z=Z2.锂离子电池生产企业主要生产工序(1)配料将粉甲基纤维素钠、钻酸锂、石墨，以及调合剂等电极制

8、作材料混合到一起，调制成糊状物。(2)涂布将调制好的正极或负极涂层材料均匀地涂覆在铝箔(集流体)或铜箔(集流体)上制成电极片。(3)烘烤将经过涂覆的正极片或负极片送入涂层烘干室进行干燥。(4)辐压箔的附着力和紧密度，同时提高电极片的 平整度。通过辐压将附着不牢的电极涂层 材料剥离。(5)缠绕叠片按电池型号规格需要而裁剪成长度、将已烘干的电极片通过辐压增加涂层与铝箔或铜宽度不同的电极片，按正极片在内，负极片在外，中间一层为绝缘隔膜材料的叠放次序缠绕在一起，制作成电池芯。(6)点焊在电池芯的正(负)极上焊接金属片，作为电极的接触点(称为极耳)，被引出到电池外。(7)冲压成型将卷好的电池芯放入模具中

9、压制成符合规格要求的尺寸，并使电池芯紧密贴合在一起。(8)包装将电池芯放入内包装物并封口O(9)注液对放入包装物内的电池芯加注锂离子电池专用电解液。(10)化成又称为“老化”，是锂离子电池在首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层，具有固体电解质的特征，是电子绝缘体，但却是Li+(锂离子)的优良导体，Li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出，因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”，简称SEl膜。(11)分容锂离子电池经过恒压充电，然后放电，进行几个循环，使电极充分浸润电解液，充分活化，直到容量达到要求为止，这个激活过程

10、被称为“分容”。危险有害因素辨识一、锂电池生产安全风险辨识1.配料制浆工序制浆是用专用的溶剂和黏合剂分别与正负极活物质混合，经高速搅均匀后，制成浆状正负极物质的过程。通常情况下，电极都是由活性物质、导电剂、黏结剂和引线组成，有区别的是正负极材料的黏结剂类型不一样，或者负极材料中加入的添加剂不同。制浆工序中存在的危险因素，主要是对黏结剂等原料（如正极材料钻酸锂、导电剂和黏结剂）处理时，如果对烘烤温度、湿度和时间控制不当，就会影响产品的质量，更对锂离子电池的化成工序的安全性能产生影响，是导致后续充电后电池发生爆炸的潜在因素。此外，在配料过程中，烘干、真空高速分散搅拌，以及危险化学品有机溶剂的使用，

11、如NMP（N甲基毗咯烷酮）、异丙醇和乙醇等，存在触电、火灾、灼烫及机械伤害等直接危险因素。2.涂布烘烤工序涂膜是将制成的浆料均匀地涂覆于金属箔的表面并烘干，分别制成正负极的极片。其工艺流程一般为放卷、接片、拉片、张力控制、纠编、涂布、干燥、张力控制、自动纠编、收卷等。浆料分别涂在电池的正极与负极，即活性物质在铜箔和铝箔上的涂敷的均匀性对电池质量与安全性能有影响。其潜在危险因素是，如空气的湿度控制不当，会对材料磷酸铁锂粘结效果产生不良影响，或极片涂布烘干后存放时间太长容易脆片等，这都会导致电池质量达不到要求，影响其安全性。在此工序中，还可能发生的事故类型有火灾、触电和机械伤害等。3 .化成工序很

12、多火灾爆炸事故都发生在化成工序。所谓化成，是指用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试。安全性不好或不合格的电池在化成中容易起火。化成是锂离子电池生产过程中危险有害因素较为明显的工序，在化成与分容过程中，电池会发热，电解液会受热气化，电池内部会产生压力，若是软包装的电池，便会出现涨气变形等现象，硬包装则会爆炸、燃烧。这个过程发生在电池内部，故不易被发现。老化房火灾爆炸事故多发频发，且一旦事故发生，难以控制，容易造成巨大的经济损失。这主要是因为老化房多为生产厂家摸索自行建设使用，不能满足电池老化的基本要求，常见事故隐患包括未采用24小时远程或现场监控措施、未安装烟感报警器和温感报警器、未规

13、范设计老化房的耐火等级、面积防火间距、防火门等。4 .仓库储存任何产品的合格率都难以完全达到100%。单个的不合格锂离子电池存放过程中自身会发生化学反应，如发生火灾爆炸引发存放的大量电池的连锁反应，因此，锂离子电池的存放仓库，是一个容易发生火灾爆炸事故、需要重点关注的危险场所。存放电池的库房，主要是库房的建筑构造、工艺条件、扑救措施等存在隐患，主要表现为：(1)仓库的建筑结构和安全设施等不符合安全要求，未采用防火第二章危险有害因素辨识隔墙分隔、电气不防爆、防火门的耐火等级达不到国家标准要求；(2)仓库的面积太大(未分隔为小隔间),存量太多等；(3)仓库的工艺条件如温度(仓库温度没有保持在205

14、C度范围内，最高不得超过30)、湿度(相对温度过高或过低，相对湿度高于95%或低于40%)不达标；(4)仓库管理人员存放电池不规范，电池的正(负)极位置无绝缘保护措施，可能导致正负极短路；(5)仓库未装感烟报警器和感温报警器，或未联接到报警处理中心和安装全角度视频监控系统，未安排专人24h不间断值班。二、锂电池生产可能导致的安全事故类型根据深圳市锂电池生产企业的情况总结，锂电池主要涉及的安全生产事故类别包括火灾、爆炸、机械伤害、中毒和窒息、灼烫等。1 .配料与涂布爆炸：有机溶剂VOC浓度超过爆炸下限，或局部温度超过溶剂着火点，都可能导致有机溶剂与氧气发生剧烈化学反应引起爆炸。火灾：电解液中的碳

15、酸二甲酯、碳酸甲乙酯均属于可燃性物质，若作业场所通风不良、室温过高电解液挥发、静电接地措施不到位、电解第二章危险有害因素辨识3.装配液泄漏、电气火花、作业现场吸烟明火等均有可能引发火灾事故。2 .辐压机械伤害：在辐压过程中，若根轴内旋处未设置遮挡装置、未配备急停按钮或急停按钮失效、设备明显处未张贴安全警示标志、违章作业等均有可能因卷入、缴入等引起机械伤害事故。在装配过程中容易发生机械伤害事故。(1)在开料过程中，如果在切片机刀口处未设置安全防护装置，未采用托料架将电极片送入切片机，未采用双手操作开关操作、违章作业等均有可能引起机械伤害。(2)在缠绕碟片作业过程中，若绕片机旋转绕片装置设计为锐角、绕片机与电机的传动使用链条或轴传动方式等均有可能对作业人员手部造成伤害。(3)冲压成型过程中，若未采用活动下模实现本质安全，采