电池的热失控是如何产生的？怎样提高电池的安全性？

2019年1月11-13日，中国电动汽车百人会论坛（2019）在北京钓鱼台国宾馆召开，中国科学技术大学教授、欧盟科学院院士孙金华发表了主题演讲，演讲内容如下：

汇报的提纲有五个部分：

第一部分，背景我想大家都非常清楚了，时间关系把它跳过去。

我们团队2003年就开始对锂电池安全开始研究，我们跟其他做锂电池的团队是不一样的，他们的目标是围绕着提高锂离子电池的能量密度、提高它的循环性能、寿命等等，我们还是想从安全的角度，怎么样科学认识锂离子电池的危险性，怎么样用有效的技术手段去防控它。

第二部分，锂离子电池系统反应的热动力学。有的地方可能跟艾老师有点相象，我们主要做的，在锂离子电池当时，不同的荷电状态我们解剖开来，电池与电解液的反应怎么样、发生的热量怎么样，包括正极和电解液的反应、负极和电解液的反应，荷电状态与产热的关系。这是负极，刚刚艾老师讲也有SCI膜，根据不同的材料、不同的成形分解温度是不一样的，而且反应开始也是从SCI膜开始的。电池材料的化学反应，是要到达一定的温度才能进行化学反应。一定温度之前热量怎么来？我们也做了，在正常得充放电情况下，包括其他滥用情况下它物理的产热，这个产热比如循环仪加上绝热加速量热仪，来测量在不同的充放电倍率情况下物理的现象产生的热量，这个热量如果不及时导出去，就会使电池体系温度升高，引起电池的化学反应，最后造成电池的失控。这个基础上我们建立了耦合电化学模型和热电耦合电池热失控模型，并且也发展了电池热失控预测软件。

第三部分，了解清楚了电池热失控机制以后，我们看电池发生火灾以后的危险性怎么样，电池和电池包之间火焰是怎么传播的。

我们用了ISO9705标准的大型锂离子电池火灾危险性侧室平台，我们可以测50，200安时大型锂离子电池在不同荷电状态下的火灾危险性，比如我们做了以前钴酸锂的、锰酸锂的，现在磷酸铁锂的，包括三元材料的等等。

通过这个实验我们发觉，对于不同的荷电状态火灾特性是不一样的，比如说荷电状态比较高的，百分之百荷电状态的时候，发现这个火有多次射流火的状态存在，比如开始着火了，限压阀打开以后火喷出来喷的老远，喷出来以后火小了，有一个小小的稳定火，过一段时间以后火又喷的很高，反反复复，有多次射流火的存在，最后把这个电池烧完。同时我们用刚才讲的热释放速率测量平台，测量了锂电池在火灾情况下的放射行为，它放的热量到底多大，不同SOC状态的时候它的热量是多少。

第四部分，我们搞清楚了电池的火灾特性以后怎么样提高电池的安全性。有本质安全、有过程安全，还有最后的消防安全。

本质安全，还是通过前面机理的研究，我们发现里面的电解液与负极的反应跟正极的反应放出热量是最多的，是一个热失控主控的反应，我们首先提出了微型灭火器，就是在电解液当中引入了微型灭火器的概念，形成了阻燃电解液，基本上是烧不着的，而且它的电循环性能跟传统的电解液不比那个差，做的电池用针刺的时候都不会着火。

最后发展一个预警的方法，比如说我们对南方电网的储能电站，钛酸锂电池的，通过我们对它所用电池的热失控参数的实验，提取了判别参数，我们给出了三级报警和控温的策略。同时我们还对电池着了火以后怎么去灭火进行了系统的研究，这里面我们研究了不同的灭火介质，包括水、丙烷、二氧化碳、氮气等等，这些都去进行过尝试，尝试下来，对于我们锂离子电池灭火来讲，不仅仅要灭掉它的明火，而且要对锂离子电池降温。