電池的熱失控是要怎么樣萌生的？怎么樣提高電池的安全性？

2019年1月11-13日，中國電動車百人會論壇（2019）在北京釣魚臺國賓館召開，中國科學技術大學教授、歐盟科學院院士孫金華發表了主題演講，演講內容如下：

匯報的提綱有五個部分：

第一部分，背景我想大家都非常清楚了，時間關系把它跳過去。

我們團隊2003年就開始對鋰離子電池安全開始研究，我們跟其他做鋰離子電池的團隊是不一樣的，他們的目標是圍繞著提高鋰電池的能量密度、提高它的循環性能、壽命等等，我們還是想從安全的角度，如何科學認識鋰電池的危險性，如何用有效的技術手段去防控它。

第二部分，鋰電池系統反應的熱動力學。有的地方可能跟艾老師有點相象，我們主要做的，在鋰電池當時，不同的荷電狀態我們解剖開來，電池與電解液的反應如何、發生的熱量如何，包括正極和電解液的反應、負極和電解液的反應，荷電狀態與產熱的關系。這是負極，剛剛艾老師講也有SCI膜，依據不同的材料、不同的成形分析溫度是不一樣的，而且反應開始也是從SCI膜開始的。電池材料的化學反應，是要到達一定的溫度才能進行化學反應。一定溫度之前熱量怎么來？我們也做了，在正常得充放電情況下，包括其他濫用情況下它物理的產熱，這個產熱比如循環儀加上絕熱加速量熱儀，來測量在不同的充放電倍率情況下物理的現象萌生的熱量，這個熱量如果不及時導出去，就會使電池體系溫度升高，引起電池的化學反應，最后造成電池的失控。這個基礎上我們建立了耦合電化學模型和熱電耦合電池熱失控模型，并且也發展了電池熱失控預測軟件。

第三部分，知道清楚了電池熱失控機制以后，我們看電池發生火災以后的危險性如何，電池和電池組之間火焰是怎么傳播的。

我們用了ISO9705標準的大型鋰電池火災危險性側室平臺，我們可以測50，200安時大型鋰電池在不同荷電狀態下的火災危險性，比如我們做了往日鈷酸鋰的、錳酸鋰的，今朝磷酸鐵鋰的，包括三元材料的等等。

通過這個試驗我們發覺，對于不同的荷電狀態火災特性是不一樣的，比如說荷電狀態比較高的，百分之百荷電狀態的時候，發現這個火有多次射流火的狀態存在，比如開始著火了，限壓閥打開以后火噴出來噴的老遠，噴出來以后火小了，有一個小小的穩定火，過一段時間以后火又噴的很高，反反復復，有多次射流火的存在，最后把這個電池燒完。同時我們用剛才講的熱釋放速率測量平臺，測量了鋰離子電池在火災情況下的放射行為，它放的熱量究竟多大，不同SOC狀態的時候它的熱量是多少。

第四部分，我們搞清楚了電池的火災特性以后如何提高電池的安全性。有本質安全、有過程安全，還有最后的消防安全。

本質安全，還是通過前面機理的研究，我們發現里面的電解液與負極的反應跟正極的反應放出熱量是最多的，是一個熱失控主控的反應，我們首先提出了微型滅火器，就是在電解液當中引入了微型滅火器的概念，形成了阻燃電解液，基本上是燒不著的，而且它的電循環性能跟傳統的電解液不比那個差，做的電池用針刺的時候都不會著火。

最后發展一個預警的辦法，比如說我們對南方電網的儲能電站，鈦酸鋰離子電池的，通過我們對它所用電池的熱失控參數的試驗，提取了判別參數，我們給出了三級報警和控溫的策略。同時我們還對電池著了火以后怎么去滅火進行了系統的研究，這里面我們研究了不同的滅火介質，包括水、丙烷、二氧化碳、氮氣等等，這些都去進行過嘗試，嘗試下來，對于我們鋰電池滅火來講，不僅僅要滅掉它的明火，而且要對鋰電池降溫。

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