精彩回顾|清华大学冯旭宁：锂离子动力电池安全防控技术研究进展

7月22日，清华大学车辆学院电池安全实验室主任冯旭宁出席2022世界动力电池大会“全球先进动力电池前瞻技术突破”专题论坛，代表清华大学欧阳明高院士团队汇报电池安全方面取得的进展，作题为《锂离子动力电池安全防控技术研究进展》的主题演讲。

冯旭宁博士表示，欧阳明高院士近十年来致力于研究电池热失控安全防控技术，提供了电池的本质安全、被动安全和主动安全三大关键技术，具有丰富的学科背景和技术特征。

当前，新能源汽车高速发展，不管是动力电池还是储能电池都存在着安全技术水平参差不齐的问题，各企业的安全意识仍需要不断地提高，需要始终牢记“企业一把手是安全事故第一责任人”的原则。

冯旭宁博士将电池安全保障总结为以下几点：

首先，科学研究是电池安全持续发展的总源头，它对应的是电池本质安全，基于电池热失控机理可以开展本质安全相关的电池设计；其次，事故调查提供了前车之鉴，可以帮助我们制定合理标准法规，保障电池的安全；但这两点还不够，还需要主动安全和被动安全防护。

冯旭宁博士认为，电池安全问题分为外部原因和内部热失控原因。清华大学团队的主要工作是使用ARC进行大容量电池热失控测试，这种测试方法已成为了标准化热失控表征方法。目前，团队已总结出了电池热失控的三个特征温度，以及对应热失控诱发阶段、孕育阶段、失控阶段和灾害阶段的特点。另外，团队还探明了电池热失控关键反应机理，使得锂离子电池热失控在化学反应层面可量化，奠定了热失控化学反应调控基础。接下来，团队将以锂电池热失控反应的元素热力学为基础，对电池本质安全性能预测进行进一步研究。

冯旭宁博士提出，电池本质安全技术的关键是热失控化学反应调控。清华大学团队基于热失控关键化学反应调控进行研究，针对三元电池开发了EC-Free的电解液，这种电解液可以提高电池的热临界温度，并对电池性能影响比较小，使得热临界温度从200℃提高到260℃以上；团队还通过高温热固性材料封锁正负极界面，使热失控最高温度下降280℃，并利用新型电解液添加剂，构建正极、负极界面层，阻断副反应放热反应，吸附自由基，降低电解液可燃性，同时提高热临界温度，降低热失控最高温度。

目前，清华大学团队的相关技术解决方案得到各电池厂商的大力支持，多个电芯本质安全解决方案通过50Ah及以上级软包电芯安全测试。

除此之外，清华大学冯旭宁博士团队还参与了近期电池安全事故的调查，从灾害阶段反推到诱发阶段，并通过实际调查得出科学客观的结论。在电池安全标准法规方面，清华大学团队参与了与锂离子电池相关的多项标准制定，为锂离子电池的安全应用提供了关键技术支持。同时，清华大学开发了基于电磁感应加热的锂离子电池热失控触发新技术，具有较快的触发效果及重复性实验结果，相比针刺、加热，电池系统测试效果更佳。

电池主动安全防控技术方面，清华大学团队研发了机理、模型与数据结合的“三位一体”电池安全预警技术；开展缺陷电池研究并揭示异物引发内短路机理，评估电芯缺陷导致内短路及热失控风险；构建了行业首个机理与数据融合的电池异常检测框架（vGRU），解决了伪周期零标签的时序数据异常检测技术难题，达到了高检出率、低误报率的数据驱动异常检测效果，多数据集验证有效。

电池被动安全防控技术方面，清华大学团队将电池热失控蔓延模型迭代至第四代：电池系统热-气全耦合模型，精确解析了热失控能流；针对大型储能电池系统热失控燃爆特性开展仿真研究，建立了储能系统热失控烟气流动和燃爆特性模型；开发了具有完全自主知识产权的第三代低成本防火墙——禹神盾，其具有低温导热-中温吸热-高温隔热多功能特性，兼容热管理、热抑制的双重功能。