陳清泉院士:我認(rèn)為電池安全是一個(gè)系統(tǒng)工程

在當(dāng)天下午的舉行的主題為“技術(shù)進(jìn)步與汽車安全”的第一峰會(huì)上,中國(guó)工程院院士陳清泉發(fā)表了關(guān)于“動(dòng)力電池安全性”的演講。全文記錄如下:
我認(rèn)為電池安全是一個(gè)系統(tǒng)工程。
首先要有一個(gè)好的理念,就是像《易經(jīng)》一樣。系統(tǒng)辯證思維、價(jià)值共生、創(chuàng)新加管理,易經(jīng)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(rèn)為就是創(chuàng)新加管理。
從原材料納米級(jí)直到電池包納米級(jí),整個(gè)電池系統(tǒng)是交叉學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)。電池安全包括化學(xué)安全,機(jī)械安全,功能安全。
怎么來(lái)解決呢?我要支持我的老弟陳立泉的主張,發(fā)展固態(tài)鋰電池,我用這個(gè)圖來(lái)表示,不對(duì)你來(lái)批評(píng),因?yàn)樗?指陳立泉)是電池專家,我不是電池專家,但我從事電動(dòng)汽車已有四十多年了。我們針對(duì)目前的情況,正負(fù)極材料改進(jìn)以后,用固體鋰進(jìn)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(huì)下降,所以我認(rèn)為一定要系統(tǒng)地看問(wèn)題。他也講到針刺實(shí)驗(yàn),為什么針刺實(shí)驗(yàn)?zāi)?因?yàn)獒槾虒?shí)驗(yàn)是模擬電池短路的情況,所以要進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn),這是非常大的挑戰(zhàn)。
動(dòng)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(gè)整體應(yīng)該也要承擔(dān)責(zé)任。整個(gè)電池包涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)安全性、電氣安全性、熱管理安全、BMS的監(jiān)控,我非常同意CATL(指黃世霖)上午的演講,也就是我說(shuō)的價(jià)值共生,電池的BMS跟充電管理配合,每一次充電檢測(cè)電池一次,是雙向共贏的。
我支持國(guó)家剛剛公布實(shí)施的電池包安全可靠性標(biāo)準(zhǔn),但是對(duì)個(gè)別項(xiàng)目也需要按照電池包車載情況區(qū)別對(duì)待。電池工程是一個(gè)整體的一體化的設(shè)計(jì),這是我一再?gòu)?qiáng)調(diào)的。
現(xiàn)在拿這個(gè)例子來(lái)分析,鋰離子安全性有什么問(wèn)題、分析和對(duì)策。
首先,電池爆炸燃燒原因。
從圖上看電池發(fā)熱—隔膜熔斷—電池短路—溫度升高—燃燒爆炸的鏈條,怎么應(yīng)對(duì)呢?應(yīng)當(dāng)減少電池發(fā)熱量提高隔膜耐熱的溫度和降低電解液的可燃性。
電池發(fā)熱的話,熱源哪里來(lái)的呢?電池工作產(chǎn)生的焦耳熱量、電池材料不穩(wěn)定產(chǎn)生的熱量、電解液與電池內(nèi)部之間產(chǎn)生的反應(yīng)的熱量、電池制作缺陷產(chǎn)生的熱量。
電池工作產(chǎn)生的熱量,熱源是從哪里來(lái)的?這是因?yàn)殡姵氐膬?nèi)部短路、離子遷移產(chǎn)生的熱量,怎么應(yīng)對(duì)呢?減少電池的內(nèi)部電阻。
電池材料不穩(wěn)定產(chǎn)生的熱量熱源就是正極材料、負(fù)極材料、不穩(wěn)定分解的放熱,怎么應(yīng)對(duì)呢?通過(guò)摻雜、表面改進(jìn)、減少發(fā)熱量等等。
電池和電池內(nèi)部之間反應(yīng)產(chǎn)生的熱量怎么處理呢?熱源主要是電解液自身分解發(fā)熱,與正極材料、負(fù)極材料反應(yīng)放熱,與正極材料分解產(chǎn)物反應(yīng)發(fā)熱,與粘接劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放熱。
電池制造產(chǎn)生的熱量怎么處理呢?熱源是因?yàn)殡姵貥O片制作不均勻,導(dǎo)致局部電阻過(guò)大產(chǎn)生,局部溫度過(guò)高,電池設(shè)計(jì)不合理,電池內(nèi)部發(fā)熱大于散熱。怎么解決呢?合理設(shè)計(jì)電池結(jié)構(gòu),制作沒(méi)有缺陷的極片。
鋰離子動(dòng)力電池的安全對(duì)策,減少電池發(fā)熱量,采用高耐熱性全陶瓷隔膜,降低電解液的可燃性,當(dāng)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(chǔ)能電池、動(dòng)力電池技術(shù)迅速發(fā)展,電池新原理、新技術(shù)、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(tài)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(xué)的。因?yàn)楝F(xiàn)在都說(shuō)化學(xué)的,我現(xiàn)在在研究物理電池,但能不能做到我不知道?;瘜W(xué)反應(yīng)有兩個(gè)毛?。阂?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)需要時(shí)間,所以充放電需要時(shí)間;因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)有不安全性的問(wèn)題。超級(jí)電容是物理反應(yīng)的,不是化學(xué)反應(yīng),所以是安全的。雖然超級(jí)電容沒(méi)有化學(xué)問(wèn)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(fā)量子物理電池,可以提高能量密度,我現(xiàn)在在思考這個(gè)問(wèn)題。
因?yàn)殡姵厥怯谢瘜W(xué)反應(yīng),就全生命周期而言,處理不當(dāng)就會(huì)危險(xiǎn)。最關(guān)鍵是要控制,不讓它進(jìn)入危險(xiǎn)境地和污染環(huán)境,所以靠什么?管理加創(chuàng)新,一方面要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù),一方面要監(jiān)管好。
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