解决工业锂离子电池的安全问题

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锂离子电池的安全问题

在本文中,芬奇咨询 ’s 迈克尔·坎贝尔 , 克莱尔·福威尔 特里斯坦·普尔福德 讨论行业中锂离子电池的安全问题,并详细介绍可用来管理锂离子电池危害的控制措施。

用减少世界的动力’对化石燃料电池技术的依赖已成为人们关注的焦点,作为一种存储和运输能源的方式。

从为车辆提供动力到提供储能解决方案,大型锂基电池的使用在许多行业和应用中都在增加。电池系统会给工作场所带来新的重大危险,必须正确控制。

由于人们对电池的关注度不断提高和技术发展,任何类型的事件都会引起媒体的关注。从燃烧(在某些情况下会重新点燃)汽车火灾到vape设备爆炸造成的伤害,对互联网的快速搜索可以提供锂离子电池危险的证据。尽管如此,只要在整个产品生命周期中采用适当的控制和缓解方法,电池就可以安全使用。

锂离子电池故障的安全问题

锂离子电池故障可能是由于电池结构不完善或滥用引起的。电池,电池组或模块的滥用可能是由于撞击造成的,例如跌落或在运输过程中发生碰撞,因工具刺穿,短路,过度充电以及暴露于高于或低于电池设计温度的温度。电池损坏后,可能需要一段时间才能出现诸如膨胀或发热的症状。

锂离子电池可以根据故障类型,损坏的区域,受影响的电池的充电状态和化学性质,以多种不同的方式发生反应。即使在实验室条件下,也很难一致地预测电池的相同失效行为。

•损坏的电池可能会发泄/冒烟而不会着火。
•电解液着火时可能会发生火灾。
•从单点喷射出的火焰和燃烧物质会产生耀斑。
•根据故障模式,电池可能会燃烧或产生火球。
•电池也可能爆炸。

锂离子电池可以在反应之间转换。通风单元会着火,然后爆炸,它们也可能通风而爆炸而不会着火。

燃烧的锂离子电池可以而且确实会产生二氧化碳和水。这种烟雾通常由氢,一氧化碳,二氧化碳和多种碳氢化合物制成,尽管烟雾的确切成分取决于所用的化学物质。氟也可以从电池中释放出来,它可以与氢结合生成氟化氢,而氟化氢又将与水(包括水蒸气)或与人体中的粘液膜反应生成氢氟酸。

一旦电池发生故障,产生的热量会导致其他紧邻的电池(一起存储或一起存储在模块和电池组中)发生故障,导致连锁反应(也称为雪球效应或失控)。

控制锂离子电池危险的控制措施

储存和移动

正确存放和保护电池对于降低损坏风险至关重要。如果使用叉车进行运输,则必须采取控制措施以减少刺穿或损坏电池的风险。如果高处存放,应采取保护措施以防止电池掉落。电池应尽可能隔离,以防止故障通过存储或工作区域传播。

尽可能消除损坏电池的风险

对于维护任务,应尽可能使用对齐操作和培训“虚拟”电池,模块和包装。虚拟电池,模块和电池组的构造(并在需要时称重)以类似于组件,但是它们是惰性的,这意味着,如果它们被损坏,它们将不会以与电解质“活”的组件相同的方式发生反应。

检测,监视和对失效的电池做出反应

在风险评估已确定需要的情况下,应使用监视系统来监视电池温度,因为发生故障的设备在发生更严重的反应之前往往会增加热量。如果有可能排出气体,则应使用监视器,以便疏散员工。如果监控系统检测到设备损坏,则应向隔离区提供疏散路线。

应制定应急计划,以便在发泄电池或起火的情况下制定明确的行动计划。这应该在可能的地方实践。这可能涉及安全地隔离损坏的产品或将产品留在原地。如果将产品留在原处,则应考虑到火灾可能通过存储或设备蔓延。

移动可能损坏的电池时,应为裸露的人提供适当的个人防护设备,例如护目镜,围裙和RPE。如果电池系统很大,并且需要叉车之类的设备,则应考虑在使用防护设备时操作这些设备的安全性。如果电池系统确实排放了有害烟雾,则应考虑对该区域进行通风。

由于检测损坏电池的时间可能会延迟,因此应提供隔离系统,以使可疑电池,模块或整个电池组与人或包括其他电池在内的易燃材料安全隔离。

充电系统

仅应使用批准的充电系统以防止过度充电。涉及vape设备的许多事件都是由于劣质充电器引起的。必须对使用的任何充电设备进行评估,以确保适合目的。

防止短路和电击

应提供保护措施以防止短路,例如保护连接,绝缘工具以及所有非必需的导电材料(例如硬币和珠宝)的去除。

应提供隔离程序,以按照诸如锁定标签(LOTO)之类的程序断开电池系统的连接,但是,维护或构造电池模块和电池组可能会造成电击的风险,无法消除。

如果可能,在进行任何侵入性工作之前,应将电池系统的电压降至最低。电池模块和电池组的设计应使其在制造或进行维护时提供保护,防止短路或意外接触。设计过程时应确保仅在需要时才移除盖子,并按防止短路的顺序进行。

使用PPE作为控制措施

与所有降低风险的方法一样,仅在无法通过其他方式充分控制危害的情况下,才应将PPE视为保障措施。可能使用的某些PPE包括绝缘手套,其中许多都需要戴上手套以防止绝缘手套刺穿。绝缘手套会导致手出汗,可能需要使用内衬手套吸收汗水,但是由于绝缘手套不能“呼吸”,因此皮肤状况(如皮炎)的风险会增加。也可以考虑使用面罩和防护服来防止闪光和灼伤。如果长时间使用,此PPE可能会导致疲劳和过热。

重大事故危害控制(COMAH),危害健康物质控制(COSHH)以及注册,评估,授权&化学品限制(REACH)

取决于电池的化学性质,还有许多其他监管方面的考虑,尽管看起来很简单,但实际上可能非常复杂。如本文前面所述,COSHH法规将涵盖与电池正常使用和维护相关的危害,并应提供控制措施,例如存储,程序,PPE和信息。

根据选择,存储的量以及现场的其他物质,电池的存储和使用可能会导致现场属于COMAH法规的限制。 COMAH法规旨在控制可能“滚雪球”并限制对人员,植物和环境造成损害的重大危害。从表面上看,如果存储100吨或更多的锂基电池,可能会释放出可燃气体,那么它就会落在COMAH之下,这并不是那么简单。这是因为并非所有电池块都是锂,而且还因为必须考虑充电。如前所述,当产生氢气时,如果同时充电产生足够的氢气,则必须采取累积方法。

同样,根据限制,必须考虑REACH(2021年1月1日起的英国REACH)(直到英国退欧)。所有这些规定的关键在于,由于该过程涉及化学/电化学反应,因此应考虑处于带电和不带电状态的材料。

废电池

如果您在现场使用电池,那么当您不再需要电池时,您需要知道该怎么做。废电池有一些特殊要求,不应与其他废电池混合。在等待收集时,应将电池存放在不透水的表面上并带有合适的防水罩。

当电池变废为宝时,它们受到两项法律的保护:

•2009年废电池和蓄电池条例,适用于便携式电池,工业和汽车电池以及纽扣电池。
•《 2005年危险废物(英格兰和威尔士)条例》,因为其中含有相当数量的不同重金属。

“电池和蓄电池生产者”是英国销售链中负责电池供应和销售的第一人。一旦电池和蓄电池变废了,他们必须负责分别收集和回收电池和蓄电池。因此,生产商或零售商必须主动提出免费回收电池。

如果电池是废弃电子电气设备的一部分,则需要将它们单独记录为《废弃电子电气设备(WEEE)法规2013(修订版)》的一部分。即使电气和电子设备(EEE)不属于WEEE法规,也仍然需要将电池退还给生产商。

如果要在现场处理和回收便携式电池或工业和汽车电池,则必须是认可的电池处理操作员(ABTO)。

作为废品处理的一部分,您必须确保电池收集器将电池运送到具有环境许可的地点,以处理和回收废电池。运送工业或车辆和其他汽车废电池进行焚烧或填埋是违法的。

有关锂离子电池安全问题的更多信息,请联系 迈克尔·坎贝尔 , 克莱尔·福威尔 要么 特里斯坦·普尔福德 .

迈克尔·坎贝尔@ finch-consulting.com
克莱尔·福威尔@ finch-consulting.com
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