詳解：動力電池安全性的幾個問題

　　還有的就是能否評估電池發(fā)生內(nèi)短路的風(fēng)險?什么意思呢?現(xiàn)在很多大的汽車公司和手機(jī)公司拿著電池來找我，要做評估。假如說我有4家的電池，到底哪一家風(fēng)險最大?哪一家風(fēng)險最小?這個是很重要的，就是怎么樣評估呢?評估的東西有沒有科學(xué)依據(jù)?

　　如果能評估就可以在制造和設(shè)計上盡量地規(guī)范，這個也是推論的，也沒有科學(xué)依據(jù)，制造瑕疵怎么來評估和規(guī)避?如何應(yīng)用?這些都是目前鋰電研究的深水區(qū)，全世界可能也就是一兩個科學(xué)家在做，大家感興趣可以看一看。

　　內(nèi)短路如何引發(fā)熱失控?這個是這幾年做的工作，待會兒跟大家分享一下，內(nèi)短路以后熱失控的過程怎么演變的?怎么控制?看能不能控制?是怎么研發(fā)的?是否可以控制?控制的原則是什么?用什么方法控制?這個研究確實是一個進(jìn)展，我們有一些工作也得到了社會的認(rèn)可。

　　我們看看，電池鋰電的熱失控這個圖片大家都看過了，應(yīng)該是比較熟的，如果右邊是溫度，隨著溫度的升高會有一系列的反應(yīng)，但是這些反應(yīng)只是定性的，對每個電池不一樣，要有精確的反應(yīng)，左邊看是放熱量，有不同的程度。當(dāng)放熱反應(yīng)的熱速率高于電池的熱速度時，電池內(nèi)壓就會上升，容易產(chǎn)生熱失控。

　　我們看看一些典型的放熱都有什么?SEM分解，其實SEM的分解熱量非常小，但是在早期發(fā)熱，現(xiàn)在SEM做的穩(wěn)定的已經(jīng)不是在早期另外最嚴(yán)重的就是正極的，充電鈷酸鋰，放出的氧氣和熱會把隔膜氧化等等，大概是這么一個早期的研究。也可以畫出那么一張圖，橫坐標(biāo)是溫度，縱坐標(biāo)是放熱，這里面有一個數(shù)值。

　　我們來看看這些各種材料里面對熱的貢獻(xiàn)是什么?比如說負(fù)極，負(fù)極我們發(fā)現(xiàn)它的放熱的量和速率其實都跟它的比較面積正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)它的比較面積小的時候放熱就小，放熱比較慢，所以我們認(rèn)為表面的反應(yīng)放熱是主要的，有可能是SEM分解，這個跟比較面積有關(guān)系，這個是負(fù)極。那么正極也是，這個已經(jīng)是證實了，正極做熱重的時候會發(fā)生失重，而且尾氣里面是可以檢測出氧氣的，電解液也會放出大量的熱，各種熱量，放熱量是非常大的，這些技術(shù)也是來判斷材料的安全性的主要的手段。我們也可以看到材料可以做出DSC，放熱速率等等，包括熱重，失重，失氧。

　　隔膜也很重要，這里我要講一個，大家最關(guān)心的隔膜的shutdown，對于動力電池幾乎就沒有用，為什么呢?如果電池的溫度達(dá)到了shutdown的溫度的時候，你關(guān)不關(guān)機(jī)已經(jīng)沒有意義了電池很快沖過溫度區(qū)域，使整個隔膜崩潰，所以這個是沒有用的，當(dāng)然如果隔膜在較高的溫度下扛住較長的時間是有用的，包覆技術(shù)可以做的很好，從材料當(dāng)中把散熱材料做的很好的話，三元材料可以做到。8

　　還有散熱大家都知道很簡單了，散不出去熱，這個電池一定要出問題的，我們做了相關(guān)的研究，熱失控的過程，能夠定量地來發(fā)現(xiàn)它，自放熱的起始溫度T1，也可以發(fā)現(xiàn)急劇上升的點T2，各種的參數(shù)不一樣，代表了電池?zé)岱€(wěn)定性量的概念。

　　我們簡單說化學(xué)反應(yīng)的放熱可以把電池溫度推到400度左右，電能推到另外的400度，所以一般的電池發(fā)熱的溫度都會超過400度，但是有一些現(xiàn)象會有1500-1600度的溫度，在車上把金屬燒化了，我們現(xiàn)在還搞不清楚什么原因，所以我們還可以發(fā)現(xiàn)在不同溫度下放熱的速率不同，速率越低應(yīng)該是穩(wěn)定，放熱速率越快安全性就會越差這個也是非常重要的。

　　所以有了這些過程我們就可以控制安全性，電池安全性就是它放熱溫度升高，引發(fā)新的放熱，再升高再放熱，再升高再放熱，我們叫它熱失控放熱的鏈?zhǔn)交瘜W(xué)反應(yīng)，如果把這個鏈切斷，這個電池是不是就不發(fā)生熱失控了?這個是控制熱失控的基本的科學(xué)原理，我們就可以把每個放熱的解析出來是什么什么放熱，我們通過化學(xué)的方法把這些東西的放熱等等控制住，就可以了，比如說我們做的電池，我們用熱穩(wěn)定性的正極，聚合物添加劑，熱穩(wěn)定黏合劑，阻燃電解質(zhì)溶液等等，就可以達(dá)到電池的安全性。從化學(xué)的原理，減少內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)放熱量，降低化學(xué)反應(yīng)放熱速率，提高化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的溫度，降低電池溫度升高的速率這些都可以做到的。

　　回顧一下要解釋動力電池的安全性，需要更多的同仁來關(guān)心和支持，加大研發(fā)力度，把安全性的問題一步一步地解決。任何問題只要我們做，哪怕是蝸牛爬也會到的，所以我希望大家都關(guān)心這個問題，加大研發(fā)力度解決這個問題。包括熱失控的控制，隨著技術(shù)的進(jìn)步，我想將來總有一天能控制住，我們期待這一天，謝謝大家!

　　主持人提問：高能量密度能增加里程，那從高能量密度這方面還有快充對熱失控有沒有更高的要求，或者是更強(qiáng)的趨勢?

　　何老師：18650體積非常大的情況下做高密度有很大的挑戰(zhàn)，因為要塞進(jìn)去的隔膜要很薄，但是動力鋰電池來說，對于體積沒有比較明顯的限制，跟電池的安全性之間是沒有必然的聯(lián)系，不是說能量高安全性就差，這個是沒有關(guān)系的。其實電池的安全性我們對很多電池做過評估，最后發(fā)現(xiàn)的結(jié)論是電池的安全性和電池是什么材料做的沒有關(guān)系，跟什么有關(guān)系知道嗎?跟廠家有關(guān)系，確實是這樣的，就是我們發(fā)現(xiàn)有一些廠家做的三元材料會比另外一些廠家做的還要安全，實際是跟廠家有關(guān)系的，這是一個問題。

　　我覺得快充是現(xiàn)有的技術(shù)非常難以解決壽命的問題，最近我也是對這個很感興趣，三星很多年前就感興趣這個快充，去年他們跟我聯(lián)系，希望我去講講快充的問題，我一直沒有去，沒想到真的出事兒了，我要去講了我估計今天就不一定會出事兒。因為我做過評估，就是18650的動力電池，知名品牌的動力電池我們發(fā)現(xiàn)它的標(biāo)識4C充放電，我們發(fā)現(xiàn)1C的時候就有很大的概率檢出安全性隱患了，可能這些隱患要很專業(yè)才能檢測出來，可能你們平時不會發(fā)現(xiàn)，但是我這個發(fā)現(xiàn)很有價值。

　　最近華為希望我?guī)退麄儥z測電池的安全性，這個確實是不一樣的，這個超出我們的預(yù)想，4C的設(shè)計大家覺得沒有問題，其實我發(fā)現(xiàn)在1C的時候就可以檢測出隱患，所以我要告訴三星的話就不會出事兒，所以快充對壽命安全性極大的隱患，從我的知識來看目前這個問題很難解決。