隨着手機、電動汽車的普及，鋰電池在人們的生活中發揮着越來越重要的作用。然而，鋰電池固有的熱失控所引發的電動車、儲能電站起火爆炸事故，也讓鋰電池安全成了一個不容忽視的問題。這也是鋰電池行業長期面臨的技術挑戰。
在日前召開的四川省科學技術獎勵大會上，電子科技大學向勇教授團隊作為第一完成單位的“基於多場感知與自主阻燃的鋰電池安全管控關鍵技術及應用”項目，獲得四川省科學技術進步獎一等獎。“怎樣提高鋰電池的安全性，降低電池過熱爆炸風險，是一道必過的坎。”向勇説，為了過這道坎，他和團隊探索奮鬥十餘年。
攻克鋰電池安全三大難題
“從2012年起，我們逐步研製開發了配套完善的電化學高通量表徵&&，在鋰電池電解質、電極材料、封裝材料等研究上取得一系列成果。”向勇説，他和團隊開始嘗試將電化學高通量表徵技術應用到鋰電池全生命周期安全性能動態變化的研究，但在研發過程中，他們發現現有的表徵手段監控的參量，不足以直觀反映鋰電池的熱失控風險。
在向勇看來，鋰電池熱失控過程涉及製造瑕疵、老化劣化、管理失效、異常環境工況等因素，以及生産製造、存儲運輸、服役使用等環節，諸多技術難題亟待攻克。
“解決鋰電池全生命周期安全管控主要有三個要攻克的難題。”向勇告訴科技日報記者，鋰電池熱失控實時監測是第一道難題，其難在不能在電池內部埋置常規傳感器，只能依靠外部信號傳感來推測電池安全狀態，這就會導致監測數據不夠精確。
“鋰電池熱失控過程預警防護是第二道難題。”向勇説，鋰電池熱失控後採取的措施通常是“一刀切”，即關閉整個電源系統，這種措施無法從根本上杜絕安全事故，且會損害電源系統服役可靠性。
“鋰電池起火後燃燒阻斷是第三道難題。”向勇説，鋰電池電解液中，有機溶劑受熱分解會産生易燃易爆成分，與氧氣混合後成為鋰電池起火爆炸的根源。因此，鋰電池一旦起火，燃燒阻斷難度極大。
厘清研發難題，選定研發方向後，向勇團隊聯合四川省安全科學技術研究院、四川省産品質量監督檢驗檢測院、中國鐵塔股份有限公司四川省分公司、西南石油大學等産學研用單位，圍繞鋰電池全生命周期安全狀態的監測與管控展開了深入研究探索。在向勇牽頭抓總下，參研單位通力協作、聯合攻關，在理論研究、技術開發、應用推廣等領域各自發揮所長。
“我們研發成功了多參量薄膜傳感器與鋰電池集流體原位製備集成技術，實現了一體化集成，解決了傳感器‘埋得進、測得準、傳得出、影響小’的關鍵技術挑戰。”向勇説，團隊自主開發了人工智能電化學對抗遷移學習專用算法，結合前期開發的精準設計模型，一舉把故障電池識別準確度提升到了98.6%；自主開發的高通量電解液配製與篩選技術及相關裝置，篩選效率提升100倍，實現了電解液阻燃性能與電化學性能的快速優化。
2022年4月24日，以著名鋰電池專家吳鋒院士為組長的專家組對向勇團隊研發的鋰電池安全系列技術成果進行了評價。專家組一致認為：“該成果屬國際前沿技術領域，指標、模型預測精度和電解液自熄時間等方面均處於國際領先水平。”
累計創造經濟效益超10億元
從2019年開始，中國鐵塔能源公司把項目成果應用於中國鐵塔通信基站電源系統，支撐實現了四川全省通信基站備電系統逾50萬組鋰電池的實時在線監測，預警鋰電池安全風險2萬餘次，預警成功率100%，安全退服故障電池13000余只，排除火災風險隱患1500余次，有力地保障了鐵塔通信基站無一例鋰電池熱失控事故安全運行。
上海空間電源研究所應用這項成果很好地解決了鋰電池模組突發安全失效的問題。目前，這項技術已應用於風雲四號02星、新技術試驗衛星等多個型號；四川長虹電源有限責任公司基於該項目成果開發出了電芯、配件高重量比、高密度集成特種電源。
2019年10月，湖北億緯動力有限公司引入項目技術成果後，進一步開發出鋰電池在線容量預測技術，並成功將新技術應用於現有産線改造和新産線建設，有效提升了鋰電池産線生産能力。
向勇對記者&&，項目成果的推廣應用，可助力研製出高安全、高可靠的新型鋰電池産品，同時消除生産安全風險隱患，還可助力開發出新型鋰電池安全管理系統，提升鋰電池系統安全管控水平。“尤其對鋰電池用戶，能夠降低鋰電池熱失控事故率、減少災害損失、節約運維成本。”
數據顯示，自2019年3月以來，該項目成果已累計創造經濟效益超10億元，並産生出廣泛的社會效益，為服務國家重大、重點工程發揮作用。（陳科 記者 吳長鋒）
