在日前召開的四川省科學技術(shù)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“基于多場感知與自主阻燃的鋰電池安全管控關(guān)鍵技術(shù)及應用”項目，獲得四川省科學技術(shù)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。”向勇說，為了過這道坎，他和團隊探索奮斗十余年。

 

　　攻克鋰電池安全三大難題

 

　　“從2012年起，我們逐步研制開發(fā)了配套完善的電化學高通量表征平臺，在鋰電池電解質(zhì)、電極材料、封裝材料等研究上取得一系列成果。”向勇說，他和團隊開始嘗試將電化學高通量表征技術(shù)應用到鋰電池全生命周期安全性能動態(tài)變化的研究，但在研發(fā)過程中，他們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的表征手段監(jiān)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制造瑕疵、老化劣化、管理失效、異常環(huán)境工況等因素，以及生產(chǎn)制造、存儲運輸、服役使用等環(huán)節(jié)，諸多技術(shù)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(jiān)測是第一道難題，其難在不能在電池內(nèi)部埋置常規(guī)傳感器，只能依靠外部信號傳感來推測電池安全狀態(tài)，這就會導致監(jiān)測數(shù)據(jù)不夠精確。

 

　　“鋰電池熱失控過程預警防護是第二道難題。”向勇說，鋰電池熱失控后采取的措施通常是“一刀切”，即關(guān)閉整個電源系統(tǒng)，這種措施無法從根本上杜絕安全事故，且會損害電源系統(tǒng)服役可靠性。

 

　　“鋰電池起火后燃燒阻斷是第三道難題。”向勇說，鋰電池電解液中，有機溶劑受熱分解會產(chǎn)生易燃易爆成分，與氧氣混合后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(fā)難題，選定研發(fā)方向后，向勇團隊聯(lián)合四川省安全科學技術(shù)研究院、四川省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢測院、中國鐵塔股份有限公司四川省分公司、西南石油大學等產(chǎn)學研用單位，圍繞鋰電池全生命周期安全狀態(tài)的監(jiān)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(xié)作、聯(lián)合攻關(guān)，在理論研究、技術(shù)開發(fā)、應用推廣等領(lǐng)域各自發(fā)揮所長。

 

　　“我們研發(fā)成功了多參量薄膜傳感器與鋰電池集流體原位制備集成技術(shù)，實現(xiàn)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(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。”向勇說，團隊自主開發(fā)了人工智能電化學對抗遷移學習專用算法，結(jié)合前期開發(fā)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(fā)的高通量電解液配制與篩選技術(shù)及相關(guān)裝置，篩選效率提升100倍，實現(xiàn)了電解液阻燃性能與電化學性能的快速優(yōu)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(fā)的鋰電池安全系列技術(shù)成果進行了評價。專家組一致認為：“該成果屬國際前沿技術(shù)領(lǐng)域，指標、模型預測精度和電解液自熄時間等方面均處于國際領(lǐng)先水平。”

 

　　累計創(chuàng)造經(jīng)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于中國鐵塔通信基站電源系統(tǒng)，支撐實現(xiàn)了四川全省通信基站備電系統(tǒng)逾50萬組鋰電池的實時在線監(jiān)測，預警鋰電池安全風險2萬余次，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(fā)安全失效的問題。目前，這項技術(shù)已應用于風云四號02星、新技術(shù)試驗衛(wèi)星等多個型號；四川長虹電源有限責任公司基于該項目成果開發(fā)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(shù)成果后，進一步開發(fā)出鋰電池在線容量預測技術(shù)，并成功將新技術(shù)應用于現(xiàn)有產(chǎn)線改造和新產(chǎn)線建設，有效提升了鋰電池產(chǎn)線生產(chǎn)能力。

 

　　向勇對記者表示，項目成果的推廣應用，可助力研制出高安全、高可靠的新型鋰電池產(chǎn)品，同時消除生產(chǎn)安全風險隱患，還可助力開發(fā)出新型鋰電池安全管理系統(tǒng)，提升鋰電池系統(tǒng)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(jié)約運維成本。”

 

　　數(shù)據(jù)顯示，自2019年3月以來，該項目成果已累計創(chuàng)造經(jīng)濟效益超10億元，并產(chǎn)生出廣泛的社會效益，為服務國家重大、重點工程發(fā)揮作用。