毛煥宇：EV動力電池的“失效-安全”機制
圖為蘇州宇量電池有限公司毛煥宇博士
毛煥宇：內短路也經常會引起電池爆炸。內短路是一個什么情形？先說一下我們公司，這個公司成立的時間不長，叫蘇州宇電電池有限公司，離長海大概8、90里。我們這個廠占地117畝。
為什么會有內短路？熱的傳遞，然后再說一下怎么防止熱傳遞的幾個措施。鋰電池的安全問題有一些過充、過放、過熱，比方說漏液，這都會有安全的問題，電池外部短路都會引起安全問題。但是問題就是，這一些都能夠用其他的方法來測試，來防止，只有一種方法，電子電芯的內短路我們是沒有辦法防止的。這個內短路目前既沒有辦法預測，也不可以防止，而且它的性質是什么樣的？很多的這種電池的爆炸，在手機領域里面，在筆記本電腦里面有很多這種情況。這些基本上都是由于電池內短路引起的。這個是在3C里面用的情況。
我們看看在動力電池里有沒有內短路發生的問題？也有，最典型的就是波音787上面的電池發生內短路。這個已經由美國的運輸安全局已經定性了，整個電池包就這么燒掉了，然后起火和濃煙，燒掉了5公斤的重量。
電池內短路是怎么引起的？如果知道了起因以后我們要想辦法防止，但是很不幸的是電池有很多的原因可以引起電池內短路，比如說電池的毛刺，隔膜的瑕疵，裝備過程中的電極損壞，裝備出錯，出現內部混亂，還有電極不均勻造成局部的析鋰，制造過程中的原因，還有一些其他的原因，我們也不知道，它的特點就是原因眾多、防范混亂，無法預測。它在使用中間爆破，它出廠的時候你看不出來。
當一個電池有內短路的時候，我們認為至今只有用Fail-Safe這個方法才可以防止電池的內短路。
為什么要用這個Fail-Safe這個方法呢，假設一個電池爆炸了，旁邊的就會受影響，再旁邊的就會受影響，這就是Fail，如果我們采取某種措施，就是Fail-Safe，有一顆電芯爆炸了，它能夠被周圍的這些絕緣物給擋住，這樣電池包就是安全的，這就是Fail-Safe。
我們公司現在開發了一種技術，瞬間產生一個電池的內短路，使這個電池發生爆炸。這里有一顆電池擺在這里，現在我們要引發內短路，這個電池就爆炸了。有了這個技術，我們就可以在很多情況下做實驗。
下面一個實驗是在氮氣里面做的。氮氣里面也是照樣炸的，不會因為你外面是空氣，里面是氮氣它就不爆炸了，它不管的。
我們把它放在油里是什么樣的？我們放在油里面引發內短路，還是照樣爆炸，也有火噴出來。不管你的外部情況怎么樣，它是不管的，都是會發生爆炸的，只要有內短路。
我們測量了電池的溫度，我們在電池不同的部位來進行測試，我們電池是2680，26的直徑，80的高度，是用三元材料做的，容量接近6Ah。
你看一下，我們發現這個電池爆炸的溫度，不管是中間還是邊上，都在500多度，特別是頂部超過了600度，這么高的高溫在一個電池里面很難不引起周圍電池的爆炸。我們中間有一個電池發生爆炸了，實際情況是什么？引發以后就燃燒了，就炸了，又炸了，最后一個一個接著爆了，最后整個包就燒完了。
我們為了更加了解這個性質，怎么能夠防止電池的爆炸？我們做了6個電池的一個小模組。這是6個電池，每一個電池上面有一個傳感器，我們來測量它的溫度，把它放在鐵箱子里面讓它去爆炸。
我們看看情況怎么樣？這個電池是引爆的，緊接著引爆了以后又來了第二次，而且還有這么多火出來，緊接著還會來一次，這個過程是一個比較長的過程，這個視頻很長，我把中間等的階段給省掉了。中間是一個接一個，過一會兒又爆一個，過一會兒又爆一個這樣子的。我們把這個溫度記錄下來，我們就可以看到，這些都是爆炸的電池，一個、兩個、三個，一個一個接著爆，這是時間軸、這是溫度。隔一段時間炸一個，隔一段時間炸一個，最后全部炸光，這是由于什么原因？是由于熱的傳導，從一個爆炸電池到另外一個電池熱的傳導。
我們發現通過這個實驗，我們把電池之間的距離進行改變，改變這個電池中的距離。我們離的很近，然后分開，再分開，這樣子到了一定的距離的時候，我們再來做實驗的時候會發現，只炸了一次。我們來看一下這個視頻，不像剛才一樣，是連續的炸。如果有足夠的空間距離，就能夠防止這個電池的熱傳遞引起的連鎖反應。
我們再來看看它的溫度。最高溫度也沒有超過100度，這是周圍電池的，不是爆炸電池，爆炸電池已經到了差不多1000度了。周圍的電池沒有達到100度，這種情況、這個距離，我們認為就是一個安全距離，萬一你的電池發生內短路的時候，你的電池包應該不會引起熱的傳遞。
另外一個辦法，你不是把距離弄的很遠嗎！這個電池包的尺寸就很大，我們也有另外一個辦法來進行防止，就是迅速移走后分散高熱中心。爆炸那顆電池會產生很高的溫度，我們在下面可以看到，如果把中心的熱迅速移掉的話，也可以起到保護作用。
這個是另外一個爆炸實驗，我們是用尺子，一大把傳感器來測量電池周圍溫度分布的情況，這個電池炸出來以后有很多的溫度。我們利用傳感器測量這個爆炸時候的溫度。我們上面有一個十字架，隔一點距離量一次，隔一點距離量一次。我們可以發現，這個爆炸的中心的溫度可以到1087度。這個實際溫度可能愛高于1087度，因為有一些點沒有采到。所以，最少也有1100度了。根據這個坐標我們就可以看到，離的遠的地方就慢慢降低，在中心有一個很集中的一個熱的空間。
我們怎么來盡快的移走這個熱呢？我們采取的方式是在這個電池的模組上設計一個煙道，任何電池發生爆炸都會通過這個煙道把高溫的氣體給移走。這是我們設計的一個模組。
高溫氣體移走行不行？我們有一個實驗證明給大家來看看，下面是國家電網大電池包的爆炸實驗。這個里面裝了大概6度多電，我們進行引爆，引爆以后也是開始冒煙，其中有一顆電池在箱體里面爆炸了。我們采取了有煙道的這種模組，所以這個電池是安全的。我們打開來看看，我這里要說一下，我們為了做這個實驗，我們放了一塊還原板，放在了電池的邊上，就是靠在這些煙道上面，如果有煙出來了，他就會在上面做一個記號，就把這個地方給熏黑了，引爆以后就看它到底是不是從這里出來的，怎么分散的。
我們把這一部分放大來看，在這個煙道出口的地方有一個個的方型，這個就是我們的煙道口，一個、兩個、三個、四個、五個、六個，而且這個中心也分散了，分散以后這個熱量就大量下降了，溫度也會非常的低，才50幾度，根本就不會引起任何的安全問題。這是按照我們設計的方式從我們需要的地方出來。這也是一個方法。
另外一個方法，這個比較難做，來防止這個熱擴散。我們做了一個實驗裝置，這個實驗裝置是測距離比較近的，如果不采取措施的話就會發生爆炸。把它放在一個箱體里面，我們把這些東西都浸在礦物油里面。我們做了一個箱子，就是剛才那種箱子，這里面用了2度半的電。這個實驗的結果是什么？在油里面發生內短路爆炸，這是一個什么狀況？有一個人出來了，弄的一樣，好了，炸了。這說明內部的壓力還是蠻大的。
我們再測量一下它的溫度，這個溫度就非常的好了，哪怕是引爆電池的溫度，我估計應該是在400多度，如果在空氣里面應該會到1000多度。所以這個電池的溫度也下降了，其他的電池來50度都不到。所以，在這種油里面，如果發生內短路的話，這個是可以很大程度的降低這個風險的。
我的結論是這幾個，在今天這個技術的狀態下，你要用高能量的電池的話，我認為必須要有Fail-Safe的措施，磷酸鐵鋰是另外一回事兒，它不屬于高能量密度的。我認為磷酸鐵鋰要做這種引爆電池我們根本做不出來，一定要有Fail-Safe的措施，否則沒有別的辦法。
另外有三個方法可以防止這個熱的傳遞，一個是保持足夠的距離，一個是迅速移走這個熱，另外一個，如果有條件的話也可以把它放在油里面。謝謝各位！
提問：我想提一個問題，現在咱們這個工作都是在防止電池爆炸，但是一旦電池爆炸以后，你想過沒有怎么滅火？用普遍的滅火劑是滅不掉的。
毛煥宇：這個我們也做了，我們也有滅火彈的實驗。滅火彈至今不成功。我的結論是沒用。
提問：因為什么原因？一般的滅火彈和滅火器是把氧氣進行了隔絕。
毛煥宇：不需要氧氣。在油里面，在什么地方都可以炸。
提問：現在的問題就是說，萬一車子炸了怎么辦？
毛煥宇：你不可以讓它炸，Fail-Safe。
提問：萬一炸了呢？
毛煥宇：電池炸了但是不影響整車。
提問：我估計還是要考慮一下，電池著火以后。
毛煥宇：這是另外一個問題。
提問：毛博你講了非常實用的一些方法，你中間講的距離是一種方法，距離肯定跟你單顆電池的能量有關，多大的電池、多遠的距離就是安全的？
毛煥宇：一個很好的問題，我們因為時間關系，很多實驗沒有拿出來。我們同時做了幾個電池的引爆。在我這個系統里面，我這個距離，這么大的電池是可以的，但是并不等于在你的系統里面能夠實現，所以你也要做實驗來證明這個距離夠了就可以了。我覺得大電池的距離要大的多，但是太大的距離也不可以，我們只好靠移走這個熱量的這種方式來做。
提問：您好！毛博士，我有一個小問題想請教一下，你剛才講的內短路的時候，你是自己模擬這個系統來做，做的很多實驗重復性都很好，但是你前面也提到一個問題，這個電池的內短路引起的原因有很多，你怎么把這個模擬裝置做的更電池內短路的情況很接近？
毛煥宇：怎么做的，你個問題提的很好，我也有答案，但是怎么做的，不好意思，我不可以講，到合適的時候我也會公開這個技術。
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