怎么樣科學(xué)認(rèn)識(shí)鋰離子電池的危險(xiǎn)性，怎么樣用有效的技術(shù)手段去防控它。

我們的思路是什么呢？首先對(duì)鋰離子電池要搞清楚它的火災(zāi)孕育機(jī)制是什么？鋰離子電池發(fā)生火災(zāi)，它的熱量從什么地方來(lái)？它里面有很多反應(yīng)，主控的反應(yīng)機(jī)制是什么？這是我們首先要清楚的。第二，這個(gè)電池一旦發(fā)生火災(zāi)以后，危害性多大、火災(zāi)行為何樣、規(guī)律什么樣？

我們搞清楚了它的孕育機(jī)制、搞清楚了它的火災(zāi)行為規(guī)律，我們?cè)趺磳?duì)它的火災(zāi)進(jìn)行防控，發(fā)展相應(yīng)的科學(xué)合理的火災(zāi)防控方法。

第二部分，鋰離子電池系統(tǒng)反應(yīng)的熱動(dòng)力學(xué)。有的地方可能跟艾老師有點(diǎn)相象，我們重要做的，在鋰離子電池當(dāng)時(shí)，不同的荷電狀態(tài)我們解剖開來(lái)，電池與電解液的反應(yīng)怎么樣、發(fā)生的熱量怎么樣，包括正極和電解液的反應(yīng)、負(fù)極和電解液的反應(yīng)，荷電狀態(tài)與產(chǎn)熱的關(guān)系。這是負(fù)極，剛剛艾老師講也有SCI膜，根據(jù)不同的材料、不同的成形分解溫度是不相同的，而且反應(yīng)開始也是從SCI膜開始的。

對(duì)整個(gè)電池來(lái)講，它的發(fā)熱是由多個(gè)反應(yīng)疊加而成的，在這樣的情況下我怎么樣把這個(gè)疊加的反應(yīng)給它解耦解出來(lái)。我們用了數(shù)學(xué)的方法和幾何、化學(xué)等這樣一些測(cè)量不同溫度下的產(chǎn)物，再用數(shù)學(xué)的像去卷積風(fēng)險(xiǎn)方法、遺傳算法這樣的方法，把整個(gè)全電池的反應(yīng)放熱系統(tǒng)可以把它分成若干個(gè)反應(yīng)，比如說(shuō)對(duì)整電池我們就可以變成ABCDEF這么六個(gè)分反應(yīng)，從而厘清了各個(gè)分布反應(yīng)過(guò)程它對(duì)電池?zé)崾Э氐囊粋€(gè)貢獻(xiàn)，同時(shí)我也能做出各個(gè)分布過(guò)程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和熱力學(xué)參數(shù)。

電池材料的化學(xué)反應(yīng)，是要到達(dá)一定的溫度才能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。一定溫度之前熱量怎么來(lái)？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(chǎn)熱，這個(gè)產(chǎn)熱比如循環(huán)儀加上絕熱加速量熱儀，來(lái)測(cè)量在不同的充放電倍率情況下物理的現(xiàn)象出現(xiàn)的熱量，這個(gè)熱量假如不及時(shí)導(dǎo)出去，就會(huì)使電池體系溫度升高，引起電池的化學(xué)反應(yīng)，最后造成電池的失控。這個(gè)基礎(chǔ)上我們建立了耦合電化學(xué)模型和熱電耦合電池?zé)崾Э啬Ｐ停⑶乙舶l(fā)展了電池?zé)崾Э仡A(yù)測(cè)軟件。

第三部分，了解清楚了電池?zé)崾Э貦C(jī)制以后，我們看電池發(fā)生火災(zāi)以后的危險(xiǎn)性怎么樣，電池和電池包之間火焰是怎么傳播的。

我們用了ISO9705標(biāo)準(zhǔn)的大型鋰離子電池火災(zāi)危險(xiǎn)性側(cè)室平臺(tái)，我們可以測(cè)50，200安時(shí)大型鋰離子電池在不同荷電狀態(tài)下的火災(zāi)危險(xiǎn)性，比如我們做了以前鈷酸鋰的、錳酸鋰的，現(xiàn)在磷酸鐵鋰的，包括三元材料的等等。

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)覺(jué)，關(guān)于不同的荷電狀態(tài)火災(zāi)特性是不相同的，比如說(shuō)荷電狀態(tài)比較高的，百分之百荷電狀態(tài)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)這個(gè)火有多次射流火的狀態(tài)存在，比如開始著火了，限壓閥打開以后火噴出來(lái)噴的老遠(yuǎn)，噴出來(lái)以后火小了，有一個(gè)小小的穩(wěn)定火，過(guò)一段時(shí)間以后火又噴的很高，反反復(fù)復(fù)，有多次射流火的存在，最后把這個(gè)電池?zé)?。同時(shí)我們用剛才講的熱釋放速率測(cè)量平臺(tái)，測(cè)量了鋰離子電池在火災(zāi)情況下的放射行為，它放的熱量到底多大，不同SOC狀態(tài)的時(shí)候它的熱量是多少。

同時(shí)我們也針對(duì)一個(gè)模組、一個(gè)PACK里面有好多電池，某一個(gè)電池失控的時(shí)候?qū)χ車姵厥窃趺磦鞑サ模ㄟ^(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)包括測(cè)量熱釋放速率等等手段，表征了火災(zāi)熱釋放模型整個(gè)過(guò)程。有兩個(gè)電池的、三個(gè)電池的、四個(gè)電池的包括九個(gè)電池的、十六個(gè)電池的都做了，最后建立了電池模組內(nèi)部傳播的一個(gè)火焰模型。

第四部分，我們搞清楚了電池的火災(zāi)特性以后怎么樣提高電池的安全性。有本質(zhì)安全、有過(guò)程安全，還有最后的消防安全。

本質(zhì)安全，還是通過(guò)前面機(jī)理的研究，我們發(fā)現(xiàn)里面的電解液與負(fù)極的反應(yīng)跟正極的反應(yīng)放出熱量是最多的，是一個(gè)熱失控主控的反應(yīng)，我們首先提出了微型滅火器，就是在電解液當(dāng)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(huán)性能跟傳統(tǒng)的電解液不比那個(gè)差，做的電池用針刺的時(shí)候都不會(huì)著火。

本質(zhì)安全，我們關(guān)于電池的安全來(lái)講可能是作為第一道防線。下面完完全全讓電池不著火是不可能的，電池可能還會(huì)有一定著火的概率，這個(gè)時(shí)候我們對(duì)電池著火進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警。預(yù)測(cè)預(yù)警我們是怎么做的呢？關(guān)于不同類型的、不同大小的、不同荷電狀態(tài)的鋰離子電池，我人為的使它熱失控，這個(gè)失控包括過(guò)充、外短路、內(nèi)短路、環(huán)境加熱等等，我來(lái)測(cè)量電池的比如外表面的溫度，電池的斷電壓、電池的內(nèi)阻等等這樣的參數(shù)，再結(jié)合電池的結(jié)構(gòu)以及傳熱模型，我們找出能夠來(lái)表征這個(gè)電池?zé)崾Э氐囊粋€(gè)預(yù)警參數(shù)，這個(gè)預(yù)警參數(shù)有的是多參數(shù)的。

這個(gè)就是我們做的一些實(shí)驗(yàn)，比如這個(gè)是18650的，給它均勻升溫時(shí)候的熱失控，右邊是42安時(shí)的軟包電池過(guò)充的一個(gè)熱失控實(shí)驗(yàn)，從而找出它發(fā)生失控的臨界參數(shù)。

最后發(fā)展一個(gè)預(yù)警的方法，比如說(shuō)我們對(duì)南方電網(wǎng)的儲(chǔ)能電站，鈦酸鋰離子電池的，通過(guò)我們對(duì)它所用電池的熱失控參數(shù)的實(shí)驗(yàn)，提取了判別參數(shù)，我們給出了三級(jí)報(bào)警和控溫的策略。同時(shí)我們還對(duì)電池著了火以后怎么去滅火進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，這里面我們研究了不同的滅火介質(zhì)，包括水、丙烷、二氧化碳、氮?dú)獾鹊龋@些都去進(jìn)行過(guò)嘗試，嘗試下來(lái)，關(guān)于我們鋰離子電池滅火來(lái)講，不僅僅要滅掉它的明火，而且要對(duì)鋰離子電池降溫。

同時(shí)我們還發(fā)展了一個(gè)新的，基于火探管，能探測(cè)到火災(zāi)，探測(cè)到火災(zāi)以后能在火災(zāi)點(diǎn)的地方破裂，能夠點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的滅火。

同時(shí)我們也對(duì)大型的鋰離子電池進(jìn)行了滅火實(shí)驗(yàn)，從大型鋰離子電池滅火實(shí)驗(yàn)來(lái)看，我們滅火器噴灑能夠把這個(gè)火滅掉，但是火滅掉以后這個(gè)溫度又會(huì)升高，升高到四五百度，還有復(fù)燃的情況，針對(duì)這樣的情況我們?cè)趺醋瞿?？我們?cè)O(shè)計(jì)了具有二次或者多次滅火功能的消防系統(tǒng)，即使我撲滅了這個(gè)火，過(guò)一段時(shí)間復(fù)燃了，我還能繼續(xù)把它滅火。