中國儲能網(wǎng)訊：23日下午的大會則主要圍繞“動力電池安全和梯次利用”主題進行討論，蘇州宇量電池有限公司總經(jīng)理、加拿大紐芬蘭大學博士毛煥宇先生發(fā)表了題為“動力電池內(nèi)短路引起安全事故的‘失效-安全’措施”的演講。以下為電動汽車資源網(wǎng)整理毛煥宇博士的演講主要內(nèi)容：
蘇州宇量電池有限公司總經(jīng)理、加拿大紐芬蘭大學毛煥宇博士：
我這個講話是接著何教授跟王芳博士后面的一個措施，他們講了很多的原理，我這里要講點措施出來。我介紹一下我們公司，我們公司叫宇量電池，在蘇州，產(chǎn)能25億瓦時，這個我就不多說了。很多的汽車發(fā)生爆炸燃燒，這里選的圖片都不能排除電池內(nèi)短路。還有一個結論性的東西就是美國國家運輸安全管理局的結論。波音737的事故，還有一個是三星NOTE7的現(xiàn)象也是內(nèi)短路。
什么是內(nèi)短路呢？電池內(nèi)部的正極和負極之間有了一個短路，直接就通了，非常小的地方通了，就像內(nèi)短路點，內(nèi)短路有一個特點就是很小很小的地方開始短路，一但發(fā)生了以后，周圍的極片輸出的電流，局部的溫度越來越高，最后就發(fā)生了爆炸，這個就是內(nèi)短路最基本的原理。
我們來看一下，我想演示一下什么是內(nèi)短路。我們把這個做了一個實驗，把這個電池拆開一小半，然后把一部分的負極放到平地上，另外把正極掏出來，用一端碰一下負極，正極碰負極，有什么現(xiàn)象發(fā)生？一瞬間立馬就發(fā)生這種燃燒，有一個針尖大的地方發(fā)生短路，就燃燒起來。當然我說這個燃燒只有一半，還有正極燃燒，在整個電芯里面發(fā)生內(nèi)短路正極也會發(fā)生燃燒的，電解液隔膜也會發(fā)生燃燒。
動力電池有各種各樣的安全隱患，這么多里面前面的都可以用BMS的方法，或者是用其他的方法控制，惟獨只有電池的內(nèi)短路是沒有辦法檢測到的，如果檢測到的話就不會發(fā)生了。這個內(nèi)短路是怎么產(chǎn)生的呢？這個是簡單的生產(chǎn)流程，幾乎每一個流程都可能產(chǎn)生內(nèi)短路，比如說制漿不合理造成金屬鋰析出，還有涂布不均勻造成局部金屬鋰析出，還有分切的時候也會發(fā)生內(nèi)短路，有可能是在切斷的時候產(chǎn)生了毛刺，這種內(nèi)短路也會發(fā)生，電極錯位，隔膜、瑕疵，還有金屬導電的東西都混在里面去了，一天生產(chǎn)幾十萬的時候，這個是屢屢發(fā)生的。那么特點是什么呢？就是制造過程當中，很多地方都可能產(chǎn)生內(nèi)短路，不是一個地方，所以說防不勝防，另外不能完全消除，何教授也說了，千萬分之一。這些檢測不到，總是發(fā)生這樣的惡性爆發(fā)，這個是內(nèi)短路的特點。世界頂級的電池也有千萬分之一的爆燃，裝在車上就是萬分之一了，我們怎么做法能夠使得整包安全？我今天這里說的是措施，并不能消除內(nèi)短路。
我認為有一種辦法是當前的技術水平下，就是只能采取一個失效安全Fail-Safe，只能采取這樣的做法。我們怎么做呢？我們認為Fail-Safe，比如說這里的一包電池，中間有一個電池發(fā)生了爆炸，它會發(fā)生熱傳遞，前面兩位已經(jīng)說過了，熱傳遞的發(fā)生使得周圍爆炸更多，這就是Fail了。怎么Safe呢？也是一包電池，加入了防止熱失控的措施，一個電池爆炸了或者是燃燒了，其它的還是安全的，這個就是簡單的，這個就是在電池當中的Fail-Safe，那么我們這些隔斷怎么產(chǎn)生呢？怎么做呢？你要知道，首先你要知道這個電池包剛剛說Fail-Safe是有效的，是有保障的，那我們就希望要解決一個How to trig？的問題，就是為了找一個方法，她說了三個方法：擴充、針刺還有加熱。
我這里說的是另外一個方法，我認為這個方法比那幾個都簡潔來的快而且是實實在在，下面我們看一下，有了這個方法你才能夠證明你的可靠不可靠。這個是我們的一個方法，只要用一個電刺激它就會爆炸，這是不是比其他的來的快一些？那么有了這個工具以后我們就可以做很多的事情。電池爆炸以后溫度到達1000度，電池上面的溫度超過500度，600度，這就是我們引爆電池的表面溫度情況。
我們還做了其他的實驗，我們想知道這個電池引爆需要不需要空氣？所以我們把這個引爆工作放在了氮氣里面，能不能引爆起來？我們可以看到引爆以后氮氣里面照樣燃燒，那么可以得到一個結論，鋰電池內(nèi)短路引起的爆燃不需要外部的氧氣支持，自己就夠了。還有做了一個在礦物油里面做了爆炸，在油里面也炸了，整個的這個完全不需要空氣，自己可以燃燒。我們現(xiàn)在就做一個實驗，我把7塊電池放一起，把中間的電池引爆，放到箱子里面把傳感器、熱傳感器全部接上，看會不會炸，看影響不影響周圍的電池。這個情況下就炸了，第二個炸完了以后第三個越炸越兇，到第四個就已經(jīng)是熊熊大火了，所以這個電池熱擴散造成了其它好的電池也跟著爆炸，我們可以看到它的溫度，已經(jīng)到了700-800度了，所以電池受到內(nèi)短路爆炸電池的影響，就一個接一個的爆炸，這個就是最惡劣的事故。一個小電池包最后炸成這樣，面目全非了，所以造成非常嚴重的后果。
有了這個就看距離遠一點，一毫米，三毫米試一試，試完以后有一個地方不炸了，這是同樣的實驗在中間，跟剛剛的實驗一樣的，只是電池間的距離不一樣，同樣引爆了一個，我們這個引爆比較簡單，也快，就是一瞬間，是用電來引發(fā)的，只要電池間有足夠的距離可以解決電池內(nèi)短路產(chǎn)生的爆燃，要有足夠的距離，90度，而且持續(xù)的時間也不長，所以這個是安全的。距離拉很大也有問題，距離大了肯定會好，但是體積要變大了，所以還要想別的辦法，比如說如果我們發(fā)現(xiàn)這個電池爆炸有一個高溫中心，如果我們的電池發(fā)生內(nèi)短路爆燃的時候，如果迅速地把高溫中心移走，或者是淡化，沖淡，溫度弄低了，也可以，距離稍微近一點也行。我們做了一個這樣的實驗，這也是一個爆炸的視頻，電池爆炸了在爆炸上面有一塊平板，十字架型的，布置了很多的溫度傳感器，你的火一噴上面有多少溫度可以測出來，同時還有高度，降低高矮，就發(fā)現(xiàn)有一個地方的溫度最高。我們發(fā)現(xiàn)最中心的溫度是1087度，離開了中心溫度就低了，所以說如果想辦法避開這個地方，那這個周圍不一定會傳遞。我們想了一個什么辦法呢？我們做模組的時候設置了一個煙道每一個都是電池的正極，電池的正極任何的電池爆炸都可以順著這個柱子中間是一個通道可以到煙道里面去，所以產(chǎn)生的氣體可以很順利跑到煙道里面去。這個是我們設計的，要印證這個到底靈不靈？我們也做了實驗。
我這里搞了一個國家電網(wǎng)大的電池包，我們引爆，動了一下就燒起來了里面就冒煙，這樣就沒事兒了，我們打開，發(fā)現(xiàn)了有一個比較有趣的現(xiàn)象，什么有趣的現(xiàn)象呢？煙沒有跑到別的地方去，因為煙有顏色，就集中在下部，我現(xiàn)在放大一點看看，發(fā)現(xiàn)這個煙黑的一個一個方形印記，就應對了煙道的出口形態(tài)，這么一來可以證明當電池發(fā)生內(nèi)短路爆燃的時候，煙是順著我們設計的這條路走的。另外并沒有集中在一個煙道里面跑出來的，分散從幾個地方跑出來，當然中心是煙的顏色最濃的地方，那就說明了這個煙道還是有用的，有效性得到了一個證明。
我們把距離拉小一點，多放一點電池，還是想放的更近一點又不爆炸，下面又想了一個辦法，把電池放在不同的介質(zhì)里，可以放很近，我們一共放了9個模組，大概126個電池，我們的電池比較大，20瓦時一個，2個半的18650那么大，把這個引爆電池放在了正中間，9個電池的幾何中心，讓它引爆，這就是這個引爆的裝置?，F(xiàn)在我們請一位工作人員過來刺激一下，就是一瞬間引爆。剛剛王芳博士說很多的方法，我覺得我們這個方法比她說的三個方法來的快，沒有溫度的變化沒有容量的變化。加熱的話是把這個加熱了，擴充的話要擴充140-150才炸，而且炸的跟原來不一樣了，所以這個方法在世界上到處做了很多的演講。我覺得高手在民間。
看溫度變化剛剛說了半天，我們要減小體積，現(xiàn)在溫度是很高了但是周圍的電池溫度50度不到，所以在礦物油內(nèi)可以大幅度地降低熱傳遞，當然了也減輕了一些體積。
我的結論就是在目前的技術條件下，高密度動力鋰電池內(nèi)短路不可以預測，而且極其不容易防止。萬一電池發(fā)生內(nèi)短路可以采取失效安全的措施才能防止整包電池的燃燒和爆炸。宇量電池的引爆技術可以用來驗證并通過電池包的設計防止單個電芯的內(nèi)短路造成的安全性事故，這是一個技術。另外我們Fail-Safe的措施可以有三個，實際還有一個沒有說，是我們公司的保密的問題，我就沒有說。電芯之間保持足夠的距離，快速移除熱量中心，把電池浸沒有在礦物油內(nèi)，實際有4種方法，以后有機會再說。謝謝各位！
