陈清泉:电池安全是系统工程 固态电解液或是解决之道
发布时间:2016-08-21 17:15:00
关键词:院士系统安全

陈清泉 中国工程院院士.jpg

图为:中国工程院院士陈清泉


认为电池安全是一个系统工程。


首先要有一个好的理念,就是像《易经》一样。系统辩证思维、价值共生、创新加管理,易经的代表图就是一半白,一般黑,但是黑白的分界线的曲线,也就是白可以变成黑、黑也可以变成白,白中有黑、黑中有白,我认为就是创新管理。


    原材料纳米级直到电池包纳米级整个电池系统是交叉学科的复杂系统。电池安全包括化学安全,机械安全,功能安全。


    怎么来解决呢?我要支持我的老弟陈立泉的主张,发展固态,我用这个来表示,不对你来批评,因为他(指陈立泉)是电池专家我不是电池专家,但我从事电动汽车已有四多年了。我们针对目前的情况,正极材料改进以后,用固体进一步提高,然后到锂硫,我非常同意他的看法。但是不管怎么样,提高能量密度,安全性就会下降,所以我认为一定要系统看问题。他也讲针刺实验,为什么针刺实验呢?因为针刺实验是模拟电池短路的情况,所以要进行针刺实验,是非常大的挑战。


    动力电池不但要考虑电池单体,还要考虑整体,所以电池包作为一个整体应该也要承担责任整个电池包涉及机械结构安全性、电气安全性、热管理安全、BMS的监控,我非常同意CATL(指黄世霖)上午的演讲,也是我的价值共生,电池的BMS跟充电管理配合,每一次充电检测电池一次,是双向共赢的。


    我支持国家刚刚公布实施的电池包安全可靠性标准,但是对个别项目也需要按照电池包车载情况区别对待。电池工程是一个整体的一体化的设计,这是我一再强调


现在拿这个例子来分析,锂离子安全性有什么问题分析和对策


首先,电池爆炸燃烧原因


从图上看电池发热—隔膜熔断—电池短路—温度升高—燃烧爆炸的链条怎么应对呢?应当减少电池发热量提高隔膜耐热的温度降低电解液的可燃性。


电池发热的话,热源哪里来的呢?电池工作产生的焦耳热量、电池材料不稳定产生的热量、电解液与电池内部之间产生的反应的热量、电池制作缺陷产生的热量。


电池工作产生的热量热源是从哪里来的?是因为电池的内部短路、离子迁移产生的热量,怎么应对呢?减少电池的内部电阻。


电池材料不稳定产生的热量热源就是正极材料、负极材料、不稳定分解的放热,怎么应对呢?通过掺杂、表面改进、减少发热量等等。


电池和电池内部之间反应产生的热量怎么处理呢?热源主要是电解液自身分解发热,与正极材料、负极材料反应放热,与正极材料分解产物反应发热,与粘接剂发生化学反应放热。


    电池制造产生的热量怎么处理呢?热源是因为电池极片制作不均匀,导致局部电阻过大产生,局部温度过高,电池设计不合理,电池内部发热大于散热。怎么解决呢?合理设计电池结构,制作没有缺陷的极片。


    锂离子动力电池的安全对策,减少电池发热量,采用高耐热性全陶瓷隔膜,降低电解液的可燃性,当然用固体最好了。


我最后用杨裕生院士的PPT。可以看到各种储能电池、动力电池技术迅速发展,电池新原理、新技术、新材料层出不穷,锂离子电池、高能锂离子电池、锂聚合物电池、固态锂离子电池、钠离子电池、水系锂离子电池、水系锌离子电池、水系钠离子电池、锂硫电池、硫—锂离子电池、钠硫电池等等,所有这些东西都是化学的。因为现在都说化学的,我现在在研究物理电池,能不能做到我不知道化学反应有两个毛病因为化学反应需要时间,所以充放电需要时间因为化学反应不安全的问题超级电容是物理反应的,不是化学反应,所以是安全的。虽然超级电容没有化学问题,是物理的,充电快、放电快,可惜能量密度很低。但是如果研发量子物理电池,可以提高能量密度,我现在在思考这个问题。


因为电池是有化学反应,就全生命周期而言,处理不当就会危险。最关键是要控制,不让它进入危险境地和污染环境,所以靠什么?管理加创新,一方面要创新技术,一方面要监管好。


    谢谢大家!


稿件来源: 电池中国网
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