中国储能网讯：2017年4月24-26日，第七届中国国际储能大会在苏州香格里拉大酒店圆满召开，来自中、美、英、德、澳、日、韩等国家的1400余位嘉宾到场参会。大会共邀请140余位行业专家与企业代表，围绕产业热点话题，发表了一系列精彩演讲，中国储能网将向读者传递本次大会最具价值的声音。

大会期间，广州鹏辉能源科技股份有限公司动力电池研究院项目总监吴金波，在“电动汽车与动力电池专场”，以《动力电池的热效应研究》为题发表演讲，现将演讲主要内容发布，以飨读者。

广州鹏辉能源科技股份有限公司动力电池研究院项目总监吴金波

吴金波：我叫吴金波是来自鹏辉动力研究院。我代替我们院长刘建生分享一下鹏辉动力研究院在热效应这块做的试验工作。刚才孙立清主任提到了热失控目前进入到了检测标准序列里面，鹏辉针对热失控也做了一些工作。今天报告的内容主要分为这几方面，第一个是热行为研究，是从热失控机制或者热模型建立讲的。第二个方面是针对目前高镍系列的材料我们在设计的时候把热效应考虑在内。第三个我们就简单的介绍一下关于热失控这块做的比较有特色的管理体系。首先我们知道锂离子电池能量密度大输出功率比较高没有污染这些特点，但是在充放电的过程中会发生放热，这个热量的集聚就会导致失控过程，首先热量集聚会导致温度上升，温度上升的过程当中会影响反应速率，反应速率反过来又会使温度进一步上升这样相互影响最终就导致热失控，如何来抑制呢？我们就要了解这三个方面的内容。

我们了解它的产热，它是怎么释放的。比如说电池当中会发生正极分解，负极与正极反应都会产生一些热量。第二个我们要讲清楚热释放是怎么进行热释放的过程，第三个就是使用环境这个图就比较明显的电视了这一方面的内容。它的热释放遵循牛顿定律。大家可以看到在不同的温度下ABC三种温度下其中A是能够在A的温度下释放跟产热能够控制的，B跟C这两个温度确立了失效到最后产生失效的效果。电池当中会产生这么多反应都会有热量释放，我们怎么去监测热量的释放呢？目前好多高校和研究所都做过试验，这是来自清华课题组他们做的研究，他们研究了每一个反应随着温度的升释放出的热量大概是多少，我们可以看到在150度左右这是电池达到失控关键温度，我们知道电池种类很多我们怎么对单体也好还有模组、系统进行热失控分析，怎么建立一个模型？这是一个比较重要的问题，目前电池很多包括单体环型、圆柱这些各种各样的根据客户的要求比如说容量达到多少、电压达到多少组装成不一样的系统，目前针对这些不一样的电池和不一样的系统住的热失控热模型建立主要是基于这两种方法，第一种方法可以分析电池内部包括正极材料、正极变负极隔膜的热性能，第二个方面是通过电池内部的化学反应建立起来的，我们可以看到如果我们要采用第二种方法就是要知道每个主动反映的反应速率，这是比较麻烦的。目前建立的模型主要是包括这三个方面，我就简单的介绍一下具体整个推导过程就不详细说了，大家可以参照一些文献这些都可以找到。早期主要是模拟电池内部从中心到表面镜像的温度分布，第二种模型是二维基于定律的基础上这个图简单模拟了12C电池在3C倍率下放电结束的时候电池在平面下的分布。大家可以看到其实不是中间的温度最高是靠近中间的那个地方是温度最高的，往往是这个地方开始引起的放热产生热失控。第三个模型是目前在系统中比较重要的三维模型，从这里可以看到采用这种模型我们做了一个测试，在155度的情况下D50H90电池在64分钟的时候首先由正极跟电解质发生反应产生时效，通过这个反应我们也可以看出具体到电池内部哪个反应是起到热失控的主导，哪个是先发生、哪个后发生。具体我们怎么监控每个反应热量多少、能够导致整个单体或者系统的温室多少，我们主要是采用ARC来进行监测，目前ARC设备我在这里就不详细讲了，还有工作模式都有相关的说明。针对不同材料体系的电池我们做了ARC试验当中可以看到第一个材料体系，可以看到SOC在25%的时候是比较好的，就是热失控温度比较高，75%的时候热失控温度比较高，能够比较好的稳定性。还有B的话随着温度升高在这里面对温度影响不是特别明显，这个电池体系、这个材料体系下是比较稳定的，不管是在25%还是在75%热失控温度基本上都是能够达到156的，未来我们就比较追求这个不论电池是什么样子我们的热系统是比较稳定的。还有是随着温度的升高电压和电阻变化这些都是我们在研究热效应当中需要考虑到的。还有就是我们关于186502500毫安时的电池，我们可以看到不同的SOC下放热反应是不一样的。当它在0%的时候内部不复生随着温度升高到250度是不发生内失控，内部的反应从白色电池被动升温的过程到电池的自放热过程然后再继续升温又是一个被动加热过程，基本上材料内部是没有变化不会失效。但是当你随着SOC升高的时候就会发生黑色条块的部分是会发生失控的。还有我们可以看到下面这个图关于不同SOC状态下存储时间在100度的温度下进行存储可以看到当SOC是零的时候压降不是特别明显，因为不会产生失控。随着SOC增高在很容易电压就下降下来了，通过这方面的研究我们可以考虑电池的工作环境是什么样子，我们电池的储存环境是什么样子。比如说我们在什么样的温度储存能够保证它的电压变化很小，比如说这个在0%的时候电压变化就很小。

具体到电池系统当中整车上电池在进行PACK的时候装备间隙和连接模式，比如说采用M型的连接还是S型连接这对热效率是比较有影响的。刚才孙主任也提到我们把电池组装在一起进行热失控测试，当采用在电池系统里面的传热有多个方面，比如说可以通过辐射还有热传导还有通过快捷铝牌这些来进行传导。一个电池发生失效电池温度升高对周围的电池在整个系统里面是有影响的，具体的影响是什么样子可以看到当我们采用M类型的连接装备在一毫米的时候我们对它加热时效的时候其实对其他电池温度的影响，可以看到。这里M型和S型进行对比可以发现S型效果是比较差的，我们在进行电池的时候要考虑到装配的方式还有装配肌理。我们可以看到这是2毫米和4毫米温度的变化影响不是特别大，但是1毫米跟2毫米大家可以试一下影响是会比较明显的。这个电池在100%和50%的时候一个电池失效对周围电池的变化影响也是有不一样的，以上的内容是关于热效应基础研究的总结，包括我们怎么选择模型、怎么进行热量分析。第二个方面是针对高镍材料我们做的工作，主要是对811和622这两个材料对它进行了测试，我们对它进行凉热分析，我们发现当SOC设置在0%的时候这种811是具有比较好的温度效应的，这是前面时间段比较详细的输入，同样我们对国外三元也做了相关系列的热失控，通过这个试验我们就知道我们目前做的电池热失控温度大概是在多少，内部的反应放的热量和温度升高是怎么变化的这些都可以检测到。

接下来第三个方面讲一下我们鹏辉目前比较关注热失控这块，简单介绍一下热控管理体系。首先从安全设计跟评估来说我们觉得我们的理念是安全设计和评估在预防热失控里引起爆炸的问题中是发挥着比较重要的作用，目前的话鹏辉想引进硅碳材料因为我们针对高能量密度的电池有一个新的布局，目前动力3.1电池上都有新的进展。比如说我们对原材料具体到原材料拿硅碳来说对应每一个硅颗粒在充放电过程中温度变化是什么样我们都会做一个比较基础的研究，像这个我们就模拟了充放电过程当中每个颗粒的温度上分布，这个可以看到跟中心点的距离不一样，它的温度变化是什么样子的我们都可以简单的了解到。第二个方面就是对于电池的整体我们通过DSC来测试温升，比如说SEM的分解是热量的多少我们都可以，还有就是关于负极材料、正极材料的分解。另一方面是对锂离子电池我们对它内部进行模拟可以发现每个局部点的发热传导是什么样子的，我们目前动力研究院都比较关注这一方面。前面提到了理论上从基础上和模型上了解，我们具体到电芯设计当中必须涉及到电解液的选取、集流体比如说你采用多厚的膜这些都对散热有影响的，目前通过添加RFA当把电解液的温升可以从70度左右降到40多度，另外通过对集流体表面进行改进可以提高散热，这方面都是在实验室进展的阶段。还有就是热完全体系当中另一个方面就是隔膜，隔膜是防止电池热失控有效的部件。目前主要是开发耐高温一系列的隔膜。还有就是再简单介绍一下目前鹏辉在高镍三元动力电池取得的进展，这是2.5A和2.8A在25度下0.3C充放点温度变化曲线，大家可以看到进行鹏辉热管理技术基本上是比较小的，无论是2.5还是2.8基本上都是在27.5%左右，还有就是温升变化控制在一度以内，这是我们目前鹏辉正在主推的2.5安时到2.8安时的。第三个方面是循环性的展示，动力电池三元在2.4安时55度1C条件下充放电性能，我们可以看到它的循环次数保持率是在80%以上的。之前提到有些企业或者有些高校的研究产品当中温度是能够在168度以上，但是目前我们也能够达到这个水平，我们2001年建立到2002年在珠海工业园2011年改名，然后2013年在河南，基本上所有的动力电芯都是从河南那边满足客户的需求，我们业绩也是在上涨，销售额在8个亿左右2016年基本上我们翻了一番直接在16亿以上。这些主要是跟什么有关呢？跟我们鹏辉专注电池化学电源研发生产跟销售是密切相关的，目前一次电池我们包括了这几种，二次电池就比较多了，这些产品都可以在鹏辉找到相应的。还有就是PACK系统我们这些都有涉及。目前关于消费类的产品在市场上有智能穿戴都有相关的产品，还有在动力上对电动工具发展和无人机轮船都有，大家可以相应的了解一下鹏辉。还有在储能方面也是这次大会的主题，在储能方面我们对分布式微网储能这些都有相应的研究。最后简单的说一下，鹏辉是什么样的企业？是专业专注的电源设计企业，是追求卓越品质管理体系，另外是一站式的电源解决方案，能够为客户提供一站式的电源解决方案，你们到了鹏辉基本上所有的电源问题我们都会帮你们搞定。我们还有良好的成本控制体系，这是大家比较公认的。我的报告主要是以上这些内容，最后再次感谢组委会，感谢各位。

（本文根据现场录音整理，未经本人审核）