我認為電池安全是一個系統工程。

    首先要有一個好的理念,就是像《易經》一樣。系統辯證思維、價值共生、創新加管理,易經的代表圖就是一半白,一般黑,但是黑白的分界線的曲線,也就是白可以變成黑、黑也可以變成白,白中有黑、黑中有白,我認為就是創新加管理。

    從原材料納米級直到電池包納米級,整個電池系統是交叉學科的復雜系統。電池安全包括化學安全,機械安全,功能安全。

    怎么來解決呢?我要支持我的老弟陳立泉的主張,發展固態鋰電池,我用這個圖來表示,不對你來批評,因為他(指陳立泉)是電池專家,我不是電池專家,但我從事電動汽車已有四十多年了。我們針對目前的情況,正負極材料改進以后,用固體鋰進一步提高,然后到鋰硫,我非常同意他的看法。但是不管怎么樣,提高能量密度,安全性就會下降,所以我認為一定要系統地看問題。他也講到針刺實驗,為什么針刺實驗呢?因為針刺實驗是模擬電池短路的情況,所以要進行針刺實驗,這是非常大的挑戰。

    動力電池不但要考慮電池單體,還要考慮整體,所以電池包作為一個整體應該也要承擔責任。整個電池包涉及機械結構安全性、電氣安全性、熱管理安全、 BMS的監控,我非常同意CATL(指黃世霖)上午的演講,也就是我說的價值共生,電池的BMS跟充電管理配合,每一次充電檢測電池一次,是雙向共贏的。

    我支持國家剛剛公布實施的電池包安全可靠性標準,但是對個別項目也需要按照電池包車載情況區別對待。電池工程是一個整體的一體化的設計,這是我一再強調的。

    現在拿這個例子來分析,鋰離子安全性有什么問題、分析和對策。

    首先,電池爆炸燃燒原因。

    從圖上看電池發熱—隔膜熔斷—電池短路—溫度升高—燃燒爆炸的鏈條,怎么應對呢?應當減少電池發熱量提高隔膜耐熱的溫度和降低電解液的可燃性。

    電池發熱的話,熱源哪里來的呢?電池工作產生的焦耳熱量、電池材料不穩定產生的熱量、電解液與電池內部之間產生的反應的熱量、電池制作缺陷產生的熱量。

    電池工作產生的熱量,熱源是從哪里來的?這是因為電池的內部短路、離子遷移產生的熱量,怎么應對呢?減少電池的內部電阻。

    電池材料不穩定產生的熱量熱源就是正極材料、負極材料、不穩定分解的放熱,怎么應對呢?通過摻雜、表面改進、減少發熱量等等。

    電池和電池內部之間反應產生的熱量怎么處理呢?熱源主要是電解液自身分解發熱,與正極材料、負極材料反應放熱,與正極材料分解產物反應發熱,與粘接劑發生化學反應放熱。

    電池制造產生的熱量怎么處理呢?熱源是因為電池極片制作不均勻,導致局部電阻過大產生,局部溫度過高,電池設計不合理,電池內部發熱大于散熱。怎么解決呢?合理設計電池結構,制作沒有缺陷的極片。

    鋰離子動力電池的安全對策,減少電池發熱量,采用高耐熱性全陶瓷隔膜,降低電解液的可燃性,當然用固體最好了。

    我最后用楊裕生院士的PPT??梢钥吹礁鞣N儲能電池、動力電池技術迅速發展,電池新原理、新技術、新材料層出不窮,鋰離子電池、高能鋰離子電池、鋰聚合物電池、固態鋰離子電池、鈉離子電池、水系鋰離子電池、水系鋅離子電池、水系鈉離子電池、鋰硫電池、硫—鋰離子電池、鈉硫電池等等,所有這些東西都是化學的。因為現在都說化學的,我現在在研究物理電池,但能不能做到我不知道。化學反應有兩個毛?。阂驗榛瘜W反應需要時間,所以充放電需要時間;因為化學反應有不安全性的問題。超級電容是物理反應的,不是化學反應,所以是安全的。雖然超級電容沒有化學問題,是物理的,充電快、放電快,可惜能量密度很低。但是如果研發量子物理電池,可以提高能量密度,我現在在思考這個問題。

    因為電池是有化學反應,就全生命周期而言,處理不當就會危險。最關鍵是要控制,不讓它進入危險境地和污染環境,所以靠什么?管理加創新,一方面要創新技術,一方面要監管好。

    謝謝大家!

 
固態鋰電池 陳清泉院士
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