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• Preventing Fire and/or Explosion Injury from Small and Wearable Lithium Battery Powered Devices Geräte

Einführung

Kleine und tragbare elektronische Geräte, die am Arbeitsplatz eingesetzt werden (z. B. Körperkameras), sind auf eine Stromquelle angewiesen, die eine hohe Energiemenge auf kleinem Raum speichert (d. h. eine hohe Energiedichte). Lithium-Zellen liefern eine anhaltende Energie und haben oft die Möglichkeit, sich wieder aufzuladen. Wenn sie richtig konstruiert, hergestellt und verwendet werden, sind Lithiumbatterien eine sichere Energiequelle mit hoher Energiedichte für Geräte am Arbeitsplatz.

Während Lithiumbatterien normalerweise sicher sind, können sie Verletzungen verursachen, wenn sie Konstruktionsfehler aufweisen, aus minderwertigen Materialien hergestellt sind, falsch zusammengebaut werden, unsachgemäß verwendet oder aufgeladen werden oder beschädigt sind. Im Februar 2018 berichtete der U.S. Consumer Product Safety Commission’s Status Report on High Energy Density Batteries Project von über 25.000 Überhitzungs- oder Brandvorfällen bei mehr als 400 Arten von mit Lithiumbatterien betriebenen Verbraucherprodukten, die sich über einen Zeitraum von fünf Jahren ereigneten.

Viele Verbraucherprodukte haben praktische Anwendungen in kleinen und großen Unternehmen. Die Gewährleistung eines sicheren Betriebs dieser Produkte am Arbeitsplatz beginnt mit der Verwendung von Batterien, Ladegeräten und zugehörigen Geräten, die gemäß einer entsprechenden Prüfnorm (z. B. UL 2054) getestet und gegebenenfalls von einem national anerkannten Prüflabor (NRTL) zertifiziert wurden.

In den Herstelleranweisungen finden sich gerätespezifische Anweisungen für den Gebrauch, das Laden und die Wartung, die notwendig sind, um Schäden an den Lithiumbatterien zu vermeiden (siehe Abbildung 1). Einige Akkus werden beispielsweise überladen, wenn ein Ladegerät verwendet wird, das sich nicht ausschaltet, wenn der Akku vollständig geladen ist.

Arbeiter, die lithiumbetriebene Geräte oder Batterien tragen oder häufig damit hantieren, sind besonders gefährdet, wenn eine Lithiumbatterie Feuer fängt oder explodiert, da sich das Gerät oder die Batterie nahe am Körper befindet. Zum Beispiel können kleine Kameras, die von Arbeitern getragen werden (z. B. von Polizei- und Sicherheitspersonal), wie in Abbildung 2 gezeigt, Verbrennungen oder andere schwere Verletzungen verursachen, wenn die Lithiumbatterie beim Tragen Feuer fängt oder explodiert. Um Verletzungen zu vermeiden, ist es für Arbeitgeber und Arbeitnehmer wichtig, die grundlegende Funktion, die Gefahren und die sichere Verwendung eines lithiumbetriebenen Geräts zu verstehen.

Wie Lithiumbatterien funktionieren

Der Begriff „Lithiumbatterie“ bezieht sich auf eine oder mehrere Lithiumzellen, die elektrisch miteinander verbunden sind. Wie alle Batterien enthalten auch Lithium-Batteriezellen eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen Separator und eine Elektrolytlösung. Atome oder Moleküle mit einer elektrischen Nettoladung (d. h. Ionen) werden durch eine Elektrolytlösung von einer positiven Elektrode zu einer negativen Elektrode übertragen. Lithiumzellen speichern und geben Energie ab, indem sie chemische potentielle Energie in elektrische Energie unter Verwendung von Lithium-Ionen oder Lithium-Metall umwandeln. Elektrolytlösungen ermöglichen es den Ionen, frei zwischen den Elektroden zu fließen.

Lithium-Ionen-Batterien verwenden Lithium in ionischer Form anstelle von Lithium in fester metallischer Form (siehe Abbildung 3). Sie sind außerdem in der Regel wiederaufladbar, oft ohne dass sie aus dem Gerät entfernt werden müssen. Lithium-Ionen-Batterien treiben Geräte wie Mobiltelefone, Laptops, Tablets, Kameras und Elektrowerkzeuge an.

Lithium-Metall-Batterien sind in der Regel nicht wiederaufladbar und haben Lithium-Metall-Elektroden. Lithium-Metall-Batterien werden in der Regel zur Stromversorgung von Geräten wie Uhren, Taschenrechnern, Temperaturdatenloggern, Autoschlüsselanhängern, Taschenlampen und Defibrillatoren verwendet.

Gefahren

Lithium-Batterien sind im Allgemeinen sicher und es ist unwahrscheinlich, dass sie ausfallen, aber nur so lange, wie keine Defekte vorliegen und die Batterien nicht beschädigt sind. Wenn Lithiumbatterien nicht sicher arbeiten oder beschädigt sind, können sie eine Brand- und/oder Explosionsgefahr darstellen. Schäden durch unsachgemäße Verwendung, Lagerung oder Aufladung können ebenfalls zum Ausfall von Lithiumbatterien führen. Testen von Batterien, Ladegeräten und zugehöriger Ausrüstung in Übereinstimmung mit einem geeigneten Teststandard (z. B. UL 2054). NRTL-Zertifizierung (wo zutreffend) und Produktrückrufe helfen bei der Identifizierung von Defekten in Design, Herstellung und Materialqualität.

Schäden an Lithium-Batterien können sofort oder über einen längeren Zeitraum auftreten, durch physische Einwirkungen, Aussetzen gegenüber bestimmten Temperaturen und/oder unsachgemäßes Laden.

• Physikalische Einwirkungen, die Lithiumbatterien beschädigen können, sind z.B. Fallenlassen, Quetschen und Durchstechen.
• Schäden an allen Arten von Lithiumbatterien können auftreten, wenn die Temperaturen zu hoch sind (z.B. über 130°F). Externe Wärmequellen (z. B. offene Flammen, Heizgeräte usw.) können ebenfalls den Ausfall von Zellen mit Defekten oder Schäden aus anderen Ursachen beschleunigen.
• Schäden an Lithium-Ionen-Batterien können auftreten, wenn die Batterien selbst oder die Umgebung der Batterien während des Ladevorgangs unter dem Gefrierpunkt (32°F) liegen. Das Laden bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt kann zu dauerhaften metallischen Lithiumablagerungen (d. h. Ablagerungen) auf der Anode führen, was das Risiko eines Ausfalls erhöht.
• Das Laden eines Geräts oder einer Batterie, ohne die Anweisungen des Herstellers zu befolgen, kann zu Schäden an wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien führen. Beispielsweise schalten einige vom Hersteller zugelassene Ladegeräte die Stromversorgung des Akkus ein und aus, bevor er vollständig geladen ist, um eine Überladung zu vermeiden. Da ultraschnelle Ladegeräte den Strom möglicherweise nicht zyklisch umschalten, sollten Sie sie nicht verwenden, es sei denn, die Anweisungen des Herstellers sehen sie als Option vor.

Die beim Ausfall einer Zelle freigesetzte Wärme kann benachbarte Zellen beschädigen, wodurch weitere Wärme in einer Kettenreaktion freigesetzt wird, die als thermisches Durchgehen bekannt ist. Die hohe Energiedichte in Lithiumbatterien macht sie anfälliger für diese Reaktionen. Abhängig von der Batteriechemie, der Größe, dem Design, den Komponententypen und der in der Lithiumzelle gespeicherten Energiemenge kann es bei einem Ausfall der Lithiumzelle zu chemischen und/oder Verbrennungsreaktionen kommen, die auch zu Wärmefreisetzungen und/oder Überdruck führen können.

• Bei chemischen Reaktionen können Nebenprodukte aus der Elektrolytlösung und den Elektroden den Druck in der Zelle so weit erhöhen, dass sich die Zellwände ausdehnen und Nebenprodukte austreten. Zu den chemischen Nebenprodukten gehören normalerweise Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe. In vielen Fällen sind die Nebenprodukte auch brennbar und können sich entzünden.
• Bei Verbrennungsreaktionen werden durch einen thermischen Durchschlag Nebenprodukte freigesetzt, die sich entzünden und Rauch, Hitze, Feuer und/oder Explosionen verursachen können. Die Nebenprodukte einer Verbrennungsreaktion bei Lithiumbatterien sind normalerweise Kohlendioxid und Wasserdampf. In einigen Lithiumbatterien kann durch die Verbrennung Fluor aus den Lithiumsalzen der Batterie abgespalten werden. Wenn es mit Wasserdämpfen vermischt wird, kann Fluor Flusssäure bilden, die besonders gefährlich ist, weil Arbeiter die Auswirkungen erst Stunden nach dem Hautkontakt spüren können.

Vorbeugung

Verletzungen am Arbeitsplatz durch Defekte oder Schäden an Lithiumbatterien sind vermeidbar, und die folgenden Richtlinien helfen dabei, die Sicherheit von Lithiumbatterien in das Sicherheits- und Gesundheitsprogramm eines Arbeitgebers einzubeziehen:

• Stellen Sie sicher, dass Lithiumbatterien, Ladegeräte und zugehörige Ausrüstung gemäß einer geeigneten Prüfnorm getestet werden (z. B., UL 2054) und, falls zutreffend, von einem national anerkannten Prüflabor (NRTL) zertifiziert und für den vorgesehenen Verwendungszweck ausgelegt sind.
• Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers zur Lagerung, Verwendung, Aufladung und Wartung.
• Wenn Sie Akkus und Ladegeräte für ein elektronisches Gerät ersetzen, stellen Sie sicher, dass sie speziell für die Verwendung mit dem Gerät entwickelt und zugelassen sind und dass sie vom Hersteller des Geräts oder einem vom Hersteller autorisierten Händler erworben wurden.
• Entnehmen Sie lithiumbetriebene Geräte und Akkus aus dem Ladegerät, sobald sie vollständig aufgeladen sind.
• Lagern Sie Lithium-Batterien und -Geräte an trockenen, kühlen Orten.
• Vermeiden Sie Schäden an Lithium-Batterien und -Geräten. Untersuchen Sie sie vor dem Gebrauch auf Anzeichen von Schäden, wie z. B. Ausbeulen/Risse, Zischen, Auslaufen, steigende Temperatur und Rauchen, insbesondere wenn sie tragbar sind. Nehmen Sie ein Gerät oder eine Batterie sofort außer Betrieb und stellen Sie sie in einen Bereich, der von brennbaren Materialien entfernt ist, wenn eines dieser Anzeichen auftritt.
• Wenn Batterien beschädigt sind, nehmen Sie sie außer Betrieb, legen Sie sie in einen feuerfesten Behälter (z. B. ein Metallfass) mit Sand oder einem anderen Löschmittel und entsorgen Sie sie gemäß den örtlichen, staatlichen und bundesstaatlichen Vorschriften. Wenden Sie sich an ein örtliches Batterie-Recyclingzentrum, um Anweisungen zur Entsorgung zu erhalten.
• Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers zum Löschen kleinerer Batteriebrände, die die Verwendung von ABC-Trockenlöschern, Feuerlöschern der Klasse D (für Lithium-Metall), Schmutz oder Sand beinhalten können.

Schulung

Stellen Sie sicher, dass Mitarbeiter, die lithiumbetriebene Geräte, Zellen oder Batterien am Arbeitsplatz verwenden oder handhaben, eine Schulung im Zusammenhang mit diesen Produkten erhalten, einschließlich einer Schulung zu folgenden Themen:

• Überprüfen Sie die NRTL-Zertifizierung für Batterien, Ladegeräte und zugehörige Ausrüstung, sofern zutreffend.
• Erkennen Sie defekte, beschädigte oder fehlerhafte lithiumbetriebene Geräte und Batterien.
• Defekte Geräte oder Batterien vom Arbeitsplatz entfernen.
• Schnell ein lithiumbetriebenes Gerät von der Kleidung entfernen, wenn es sich heiß anfühlt oder wenn das Gerät ausläuft, Gas freisetzt, zischt, sich wölbt/knackt oder brennt.

Stellen Sie sicher, dass ein Notfallplan (EAP) für einen Arbeitsplatz mit lithiumbetriebenen Geräten oder Batterien Verfahren zur Reaktion auf lithiumbedingte Zwischenfälle enthält, die auf den Anweisungen des Herstellers für die Reaktion auf Batterieausfälle, einschließlich Brände und/oder Explosionen, basieren.

Stellen Sie sicher, dass angemessene Informationen über die Gefahren von lithiumbetriebenen Geräten und Lithiumbatterien an exponierte Arbeiter weitergegeben werden (z. B., bei der Reparatur von lithiumbetriebenen Geräten oder bei Recycling-Aktivitäten) und dass die Arbeiter über die physischen und gesundheitlichen Gefahren im Zusammenhang mit Lithium-Ionen- und/oder Lithium-Metall-Zellen oder -Batterien geschult werden.

Ressourcen

OSHA Themenseite zum Brandschutz
OSHA Themenseite zur Gefahrenkommunikation
OSHA Evakuierungspläne und -verfahren eTool
OSHA Recommended Practices for Safety and Health Programs
OSHA Nationally Recognized Testing Laboratory Program
Consumer Product Safety Commission Batteries Themenseite
Statusbericht zum High Energy Density Batteries Project, 12. Februar 2018
Department of Energy, „How Does a Lithium-ion Battery Work?“
NFPA Lithium Ion Batteries Hazard and Use Assessment
NFPA Safety Tip Sheet: Lithium Ion Batteries
Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration – Safe Travel, Batteries
2019 Lithium Battery Guidance Document – IATA

Additional Information

OSHA bietet Unterstützung bei der Einhaltung von Vorschriften durch eine Vielzahl von Programmen. Das OSHA On-Site Consultation Program bietet kleinen und mittelständischen Unternehmen kostenlose und vertrauliche Dienstleistungen im Bereich Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz. Die Vor-Ort-Beratungsdienste sind unabhängig von den OSHA-Durchsetzungsmaßnahmen und führen nicht zu Strafen oder Vorladungen. Die Arbeitgeber müssen sich jedoch verpflichten, festgestellte ernste und unmittelbare Gefahren zeitnah zu beseitigen. Um das OSHA-Beratungsprogramm in Ihrer Nähe zu finden, rufen Sie die Nummer 1-800-321-OSHA (6742) an oder besuchen Sie www.osha.gov/consultation.

Arbeiterrechte

Arbeiter haben das Recht auf:

• Arbeitsbedingungen, die kein Risiko für ernsthafte Schäden darstellen.
• Informationen und Schulungen (in einer Sprache und in einem Vokabular, das der Arbeitnehmer versteht) über Gefahren am Arbeitsplatz, Methoden zu deren Vermeidung und die OSHA-Normen, die für ihren Arbeitsplatz gelten, zu erhalten.
• Aufzeichnungen über arbeitsbedingte Verletzungen und Krankheiten einzusehen.
• Eine Beschwerde einzureichen und die OSHA zu bitten, ihren Arbeitsplatz zu inspizieren, wenn sie glauben, dass es eine ernsthafte Gefahr gibt oder dass ihr Arbeitgeber die OSHA-Regeln nicht befolgt. Die OSHA wird alle Identitäten vertraulich behandeln, soweit dies gesetzlich zulässig ist.
• ihre Rechte gemäß dem Occupational Safety and Health Act (OSH Act) ohne Vergeltungsmaßnahmen ausüben, einschließlich der Meldung einer Verletzung oder des Vorbringens von Gesundheits- und Sicherheitsbedenken gegenüber ihrem Arbeitgeber oder der OSHA. Um einen Anspruch auf ungesetzliche Vergeltungsmaßnahmen gemäß dem OSH Act zu wahren, muss ein Arbeitnehmer spätestens 30 Tage nach der vermeintlich nachteiligen Maßnahme eine Beschwerde bei der OSHA einreichen.
• Nutzen Sie Ihre Rechte gemäß dem Consumer Product Safety Improvement Act (CPSIA) ohne Vergeltungsmaßnahmen, einschließlich der Meldung eines potenziell unsicheren oder fehlerhaften Produkts an Ihren Arbeitgeber, die Bundesregierung (z. B. die Consumer Product Safety Commission (CPSC)) oder einen Generalstaatsanwalt. Um einen Anspruch auf ungesetzliche Vergeltungsmaßnahmen nach dem CPSIA zu wahren, muss ein Arbeitnehmer spätestens 180 Tage nach einem angeblichen Verstoß gegen die CPSIA-Whistleblower-Bestimmung eine Beschwerde bei der OSHA einreichen.

Weitere Informationen finden Sie auf der OSHA-Seite für Arbeitnehmer.

Kontakt zur OSHA

Nach dem OSH Act sind Arbeitgeber dafür verantwortlich, sichere und gesunde Arbeitsplätze für ihre Mitarbeiter bereitzustellen. Die OSHA hat die Aufgabe, diese Bedingungen für Amerikas arbeitende Männer und Frauen zu gewährleisten, indem sie Standards festlegt und durchsetzt sowie Schulungen, Weiterbildung und Unterstützung anbietet. Weitere Informationen finden Sie unter www.osha.gov/ oder rufen Sie die OSHA an unter 1-800-321- OSHA (6742), TTY 1-877-889-5627.

i Viele der OSHA-Sicherheitsstandards für das Baugewerbe und die allgemeine Industrie (z. B. OSHA’s Electrical Standard for General Industry, 29 CFR Part 1910 Subpart S) verlangen, dass Geräte und Produkte geprüft und zertifiziert werden, um ihre sichere Verwendung am Arbeitsplatz zu gewährleisten. Zur Umsetzung dieser Anforderungen hat die OSHA das NRTL-Programm (Nationally Recognized Testing Laboratory) ins Leben gerufen. Die Agentur verlangt im Allgemeinen, dass unabhängige, von der OSHA anerkannte Organisationen (d. h. NRTLs) diese Prüfungen und Zertifizierungen durchführen. Weitere Informationen über das NRTL-Programm und die OSHA-Anforderungen für NRTL-Prüfungen und -Zertifizierungen finden Sie unter https://www.osha.gov/dts/otpca/nrtl/index.html.

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