钜大LARGE | 点击量：232次 | 2023年10月12日
动力锂电池内短路引起安全事故的"失效-安全"措施
二十三日下午的大会则重要围绕"动力锂电池安全和梯次利用"主题进行讨论，苏州宇量电池有限公司总经理、加拿大纽芬兰大学博士毛焕宇先生发表了题为"动力锂电池内短路引起安全事故的‘失效-安全’措施"的演讲。以下为电动汽车资源网整理毛焕宇博士的演讲重要内容：
苏州宇量电池有限公司总经理、加拿大纽芬兰大学毛焕宇博士：
我这个讲话是接着何教授跟王芳博士后面的一个措施，他们讲了很多的原理，我这里要讲点措施出来。我介绍一下我们公司，我们公司叫宇量电池，在苏州，产量25亿瓦时，这个我就不多说了。很多的汽车发生爆炸燃烧，这里选的图片都不能排除电池内短路。还有一个结论性的东西就是美国国家运输安全管理局的结论。波音737的事故，还有一个是三星NOTE7的现象也是内短路。
什么是内短路呢？电池内部的正极和负极之间有了一个短路，直接就通了，非常小的地方通了，就像内短路点，内短路有一个特点就是很小很小的地方开始短路，一但发生了以后，周围的极片输出的电流，局部的温度越来越高，最后就发生了爆炸，这个就是内短路最基本的原理。
我们来看一下，我想演示一下什么是内短路。我们把这个做了一个实验，把这个电池拆开一小半，然后把一部分的负极放到平地上，另外把正极掏出来，用一端碰一下负极，正极碰负极，有什么现象发生？一瞬间立马就发生这种燃烧，有一个针尖大的地方发生短路，就燃烧起来。当然我说这个燃烧只有一半，还有正极燃烧，在整个电芯里面发生内短路正极也会发生燃烧的，电解液隔膜也会发生燃烧。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
动力锂电池有各种各样的安全隐患，这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，惟独只有电池的内短路是没有办法检测到的，假如检测到的话就不会发生了。这个内短路是怎么出现的呢？这个是简单的生产流程，几乎每一个流程都可能出现内短路，比如说制浆不合理造成金属锂析出，还有涂布不均匀造成局部金属锂析出，还有分切的时候也会发生内短路，有可能是在切断的时候出现了毛刺，这种内短路也会发生，电极错位，隔膜、瑕疵，还有金属导电的东西都混在里面去了，一天生产几十万的时候，这个是屡屡发生的。那么特点是什么呢？就是制造过程当中，很多地方都可能出现内短路，不是一个地方，所以说防不胜防，另外不能完全消除，何教授也说了，千万分之一。这些检测不到，总是发生这样的恶性爆发，这个是内短路的特点。世界优秀的电池也有千万分之一的爆燃，装在车上就是万分之一了，我们怎么做法能够使得整包安全？我今天这里说的是措施，并不能消除内短路。
我认为有一种办法是当前的技术水平下，就是只能采取一个失效安全Fail-Safe，只能采取这样的做法。我们怎么做呢？我们认为Fail-Safe，比如说这里的一包电池，中间有一个电池发生了爆炸，它会发生热传递，前面两位已经说过了，热传递的发生使得周围爆炸更多，这就是Fail了。怎么Safe呢？也是一包电池，加入了防止热失控的措施，一个电池爆炸了或者是燃烧了，其它的还是安全的，这个就是简单的，这个就是在电池当中的Fail-Safe，那么我们这些隔断怎么出现呢？怎么做呢？你要了解，首先你要了解这个电池包刚刚说Fail-Safe是有效的，是有保障的，那我们就希望要解决一个Howtotrig？的问题，就是为了找一个方法，她说了三个方法：扩充、针刺还有加热。
我这里说的是另外一个方法，我认为这个方法比那几个都简洁来的快而且是实实在在，下面我们看一下，有了这个方法你才能够证明你的可靠不可靠。这个是我们的一个方法，只要用一个电刺激它就会爆炸，这是不是比其他的来的快一些？那么有了这个工具以后我们就可以做很多的事情。电池爆炸以后温度到达1000度，电池上面的温度超过500度，600度，这就是我们引爆电池的表面温度情况。
我们还做了其他的实验，我们想了解这个电池引爆要不要空气？所以我们把这个引爆工作放在了氮气里面，能不能引爆起来？我们可以看到引爆以后氮气里面照样燃烧，那么可以得到一个结论，锂电池内短路引起的爆燃不要外部的氧气支持，自己就够了。还有做了一个在矿物油里面做了爆炸，在油里面也炸了，整个的这个完全不要空气，自己可以燃烧。我们现在就做一个实验，我把7块电池放一起，把中间的电池引爆，放到箱子里面把传感器、热传感器全部接上，看会不会炸，看影响不影响周围的电池。这个情况下就炸了，第二个炸完了以后第三个越炸越凶，到第四个就已经是熊熊大火了，所以这个电池热扩散造成了其它好的电池也跟着爆炸，我们可以看到它的温度，已经到了700-800度了，所以电池受到内短路爆炸电池的影响，就一个接一个的爆炸，这个就是最恶劣的事故。一个小电池包最后炸成这样，面目全非了，所以造成非常严重的后果。
有了这个就看距离远一点，一毫米，三毫米试一试，试完以后有一个地方不炸了，这是同样的实验在中间，跟刚刚的实验相同的，只是电池间的距离不相同，同样引爆了一个，我们这个引爆比较简单，也快，就是一瞬间，是用电来引发的，只要电池间有足够的距离可以解决电池内短路出现的爆燃，要有足够的距离，90度，而且持续的时间也不长，所以这个是安全的。距离拉很大也有问题，距离大了肯定会好，但是体积要变大了，所以还要想别的办法，比如说假如我们发现这个电池爆炸有一个高温中心，假如我们的电池发生内短路爆燃的时候，假如迅速地把高温中心移走，或者是淡化，冲淡，温度弄低了，也可以，距离稍微近一点也行。我们做了一个这样的实验，这也是一个爆炸的视频，电池爆炸了在爆炸上面有一块平板，十字架型的，布置了很多的温度传感器，你的火一喷上面有多少温度可以测出来，同时还有高度，降低高矮，就发现有一个地方的温度最高。我们发现最中心的温度是1087度，离开了中心温度就低了，所以说假如想办法避开这个地方，那这个周围不一定会传递。我们想了一个什么办法呢？我们做模组的时候设置了一个烟道每一个都是电池的正极，电池的正极任何的电池爆炸都可以顺着这个柱子中间是一个通道可以到烟道里面去，所以出现的气体可以很顺利跑到烟道里面去。这个是我们设计的，要印证这个到底灵不灵？我们也做了实验。
我这里搞了一个国家电网大的电池包，我们引爆，动了一下就烧起来了里面就冒烟，这样就没事儿了，我们打开，发现了有一个比较有趣的现象，什么有趣的现象呢？烟没有跑到别的地方去，因为烟有颜色，就集中在下部，我现在放大一点看看，发现这个烟黑的一个一个方形印记，就应对了烟道的出口形态，这么一来可以证明当电池发生内短路爆燃的时候，烟是顺着我们设计的这条路走的。另外并没有集中在一个烟道里面跑出来的，分散从几个地方跑出来，当然中心是烟的颜色最浓的地方，那就说明了这个烟道还是有用的，有效性得到了一个证明。
我们把距离拉小一点，多放一点电池，还是想放的更近一点又不爆炸，下面又想了一个办法，把电池放在不同的介质里，可以放很近，我们一共放了9个模组，大概126个电池，我们的电池比较大，20瓦时一个，2个半的18650那么大，把这个引爆电池放在了正中间，9个电池的几何中心，让它引爆，这就是这个引爆的装置。现在我们请一位工作人员过来刺激一下，就是一瞬间引爆。刚刚王芳博士说很多的方法，我觉得我们这个方法比她说的三个方法来的快，没有温度的变化没有容量的变化。加热的话是把这个加热了，扩充的话要扩充140-150才炸，而且炸的跟原来不相同了，所以这个方法在世界上到处做了很多的演讲。我觉得高手在民间。
看温度变化刚刚说了半天，我们要减小体积，现在温度是很高了但是周围的电池温度50度不到，所以在矿物油内可以大幅度地降低热传递，当然了也减轻了一些体积。
我的结论就是在目前的技术条件下，高密度动力锂电池内短路不可以预测，而且极其不容易防止。万一电池发生内短路可以采取失效安全的措施才能防止整包电池的燃烧和爆炸。宇量电池的引爆技术可以用来验证并通过电池包的设计防止单个电芯的内短路造成的安全性事故，这是一个技术。另外我们Fail-Safe的措施可以有三个，实际还有一个没有说，是我们公司的保密的问题，我就没有说。电芯之间保持足够的距离，快速移除热量中心，把电池浸没有在矿物油内，实际有4种方法，以后有机会再说。谢谢各位!
