第八屆“儲(chǔ)能國(guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)2019（ESIE2019）”于5月18-20日在國(guó)家會(huì)議中心（北京）盛大啟幕，主題聚焦“技術(shù)應(yīng)用雙創(chuàng)新，規(guī)模儲(chǔ)能新起點(diǎn)”，將開(kāi)展主題演講、展覽展示、創(chuàng)新大賽、專題研討、項(xiàng)目考察、新品發(fā)布、技術(shù)交流等多種活動(dòng)。能見(jiàn)App作為本次峰會(huì)的戰(zhàn)略合作媒體，負(fù)責(zé)本次峰會(huì)圖文直播。

中國(guó)電力科學(xué)研究院高級(jí)工程師范茂松

以下為發(fā)言實(shí)錄：

主持人：尊敬的各位來(lái)賓大家下午好！我是雷博，來(lái)自南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，也是國(guó)家梯次利用重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的聯(lián)系人。首先代表ESAE2019歡迎大家來(lái)到我們今天第三天的主題論壇，也感謝您在周一這個(gè)繁忙的早上，能夠抽出寶貴的時(shí)間來(lái)和我們一起探討今天的一個(gè)重要的主題。

今天的主題是“退役電池梯次利用”，應(yīng)該說(shuō)這個(gè)主題是我們這個(gè)產(chǎn)業(yè)在這幾年來(lái)一直非常關(guān)注的熱點(diǎn)，同時(shí)也是這幾年來(lái)我們一直感受到的一個(gè)痛點(diǎn)。

我國(guó)到2018年底現(xiàn)在新能源汽車的保有量達(dá)到了260余萬(wàn)輛，其中純電動(dòng)的210余萬(wàn)輛，照這么計(jì)算，大概現(xiàn)在在路面上跑的可能會(huì)有100GwH的退役動(dòng)力電池，這些電池可能會(huì)在今年、明年或者后年以很快的大規(guī)模的形式涌入我們的回收市場(chǎng)。我們經(jīng)常討論的一個(gè)話題是我們要不要做這個(gè)事情，但是在很多人來(lái)看，這個(gè)是我們必須也一定要做的事情。

應(yīng)該說(shuō)梯次利用這個(gè)主題大家每個(gè)人心中都有不同的答案，今天我們的主題論壇有幸邀請(qǐng)到了11位嘉賓，他們有來(lái)自研究院所的，有來(lái)自設(shè)備廠商的，同樣有來(lái)自用戶。我們希望我們通過(guò)11位專家給我們的分享，能夠讓我們更清晰的看到梯次利用的未來(lái)，能夠更清晰的了解到在現(xiàn)在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，我們做梯次利用是盡社會(huì)責(zé)任還是它可能成為一種共贏的生態(tài)。

下面我們開(kāi)始進(jìn)入精彩的報(bào)告環(huán)節(jié)，首先有請(qǐng)中國(guó)電科院范茂松專家為我們帶來(lái)《梯次利用電池安全性研究及對(duì)策》，大家歡迎范總！

范茂松：非常感謝組委會(huì)給我這么一次機(jī)會(huì)，剛才從雷主任的介紹我們也能看到，在中國(guó)這個(gè)南網(wǎng)和國(guó)網(wǎng)兩大電網(wǎng)公司對(duì)動(dòng)力電池梯次利用這件事情都特別關(guān)注。很榮幸去年峰會(huì)我也是作為報(bào)告人給大家分享了一下當(dāng)時(shí)中國(guó)電科院在梯次利用上做的一些工作，當(dāng)時(shí)主要是分享在電池的一些性能評(píng)估和壽命評(píng)價(jià)上。

其實(shí)我們知道梯次利用主要關(guān)注兩件事情：

1、壽命，就是梯次利用階段的壽命到底怎么樣，這個(gè)直接決定了整個(gè)梯次利用儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

2、在梯次利用過(guò)程中的安全性，因?yàn)檫@個(gè)更是決定了這個(gè)東西到底能不能用。

我將分幾個(gè)部分給大家匯報(bào)一下：

一、研究背景。

儲(chǔ)能電池的安全永遠(yuǎn)是它的第一要素，也是一票否定的東西。因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在用的電化學(xué)儲(chǔ)能主要用的是鋰電池體系，采用EC、DMC、DEC有機(jī)容積的體系，一旦發(fā)生熱失控就會(huì)發(fā)生連鎖反應(yīng)，尤其現(xiàn)在大規(guī)模集裝箱可能一燒就是一整個(gè)。近年來(lái)儲(chǔ)能電池也是發(fā)生了多起事故，前兩天報(bào)告里很多專家都講過(guò)，包括韓國(guó)已經(jīng)發(fā)生了20多起的儲(chǔ)能安全安全事故。這個(gè)4月19號(hào)美國(guó)的亞利桑那州也是剛剛AES公司發(fā)生火災(zāi)，據(jù)說(shuō)這個(gè)還發(fā)生了爆炸，在消防的過(guò)程中還有消防員受傷。這個(gè)是國(guó)內(nèi)的一些事故，大家可能都更清楚了，一個(gè)是山西火電廠調(diào)頻電廠的事故，當(dāng)時(shí)滅火啟動(dòng)了，但是效果不是很明顯。第二個(gè)是江蘇一個(gè)用戶側(cè)在調(diào)試的過(guò)程中一個(gè)集裝箱發(fā)生火災(zāi)。

對(duì)于梯次電池來(lái)說(shuō)，剛才像雷主任講的，未來(lái)幾年可能做這件事情會(huì)越來(lái)越好，因?yàn)殡妱?dòng)汽車去年銷量已經(jīng)超過(guò)了100萬(wàn)輛，電池退役量也會(huì)快速增加。到2025年可能現(xiàn)在跑的車大部分電池都要退役了，退役的量將近要達(dá)到100個(gè)GWH。

因?yàn)樘荽坞姵叵鄬?duì)新電池的成本優(yōu)勢(shì)，所以現(xiàn)在國(guó)內(nèi)好多儲(chǔ)能的廠商包括電網(wǎng)或者有儲(chǔ)能需求的一些單位，包括電網(wǎng)公司還有電動(dòng)汽車公司他有退役電池資源的這樣一些單位，都特別關(guān)注梯次利用，大家在研究的同時(shí)也做了大量的示范工程。在國(guó)外一個(gè)是比較早的像日本的4R主要用的是LeaF電池，寶馬用的i3的電池，做了兩個(gè)站。國(guó)網(wǎng)這邊累計(jì)做了12個(gè)電站，兆瓦時(shí)的有4個(gè)，國(guó)網(wǎng)有一個(gè)更大的，一會(huì)兒江蘇的公司會(huì)講可能現(xiàn)在正在規(guī)劃的。南網(wǎng)也是牽頭了去年的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃梯次利用的項(xiàng)目，南網(wǎng)在未來(lái)兩年也會(huì)做幾十兆瓦甚至上百兆瓦的幾個(gè)站。還有像一些社會(huì)上的第三方的系統(tǒng)集成商，現(xiàn)在上海煦達(dá)做電池儲(chǔ)能，還有鐵塔公司他們有200萬(wàn)個(gè)基站，需求量也非常大。

現(xiàn)在雖然做了這么多工程，但是梯次電池在用的過(guò)程中的安全性到底怎么樣？主要有兩個(gè)方面：第一，電池安全性主要還是它的熱失控，梯次電池與新電池相比是不是更容易發(fā)生熱失控？第二，如果它發(fā)生熱失控以后，它的破壞程度或者反應(yīng)的劇烈程度是怎么樣的？

下面我就這兩個(gè)問(wèn)題，中國(guó)電科院這幾年做的一些工作給大家簡(jiǎn)單的匯報(bào)一下。這是我們比較早的時(shí)候做的一個(gè)梯次利用電池的樣品，這個(gè)是當(dāng)時(shí)2008年北京奧運(yùn)會(huì)用的90安時(shí)的錳酸鋰，大概在2011年底，2012年初退役的，這個(gè)主要是按照電動(dòng)汽車的各種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)做的型式實(shí)驗(yàn)。從這個(gè)我們能看到按照電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)，它是可以通過(guò)各種安全實(shí)驗(yàn)的，是沒(méi)有問(wèn)題的，這里面我跳兩個(gè)說(shuō)一下，一個(gè)是過(guò)充電，一個(gè)是短路，因?yàn)檫@兩個(gè)對(duì)電池來(lái)說(shuō)是相對(duì)比較劇烈的濫用的實(shí)驗(yàn)。但是我們看這個(gè)過(guò)充電的時(shí)候，這個(gè)電池是沒(méi)有太大反應(yīng)的，當(dāng)時(shí)可能溫度大概只有表面四五十度，電池來(lái)鼓脹都沒(méi)有，這個(gè)與新電池相比它的劇烈程度已經(jīng)降低了很多。因?yàn)楫?dāng)時(shí)2008年的時(shí)候我很有幸正好就是在做電池的這家公司，所以對(duì)新電池的安全特性也是比較了解的。然后我們看他做短路的實(shí)驗(yàn)，雖然電池鼓脹了，大概有70度，但是這個(gè)相對(duì)新電池來(lái)說(shuō)也是有一個(gè)明顯的降低。新電池以前在電池廠做的時(shí)候大概會(huì)到100度以上。

這是一個(gè)比較大的200安時(shí)硬殼的電動(dòng)汽車的磷酸鐵鋰電池，因?yàn)閯偛?0安時(shí)的容量比較小，做什么都沒(méi)有反應(yīng)，這個(gè)我就選了幾組他做的濫用實(shí)驗(yàn)，并且都跟新電池做了一個(gè)對(duì)比，這樣就更容易看出來(lái)它跟新電池在濫用情況下，它的一個(gè)反應(yīng)程度。第一個(gè)是過(guò)充電的實(shí)驗(yàn)，上面是新電池，我們都能看到從容量就能判斷出來(lái)，第二個(gè)是梯次電池，兩個(gè)電池做過(guò)充電的時(shí)候它的現(xiàn)象基本上是差不多的，就是電池發(fā)鼓，安全閥開(kāi)啟并且冒煙。但是我們能看出梯次電池在整個(gè)過(guò)充過(guò)程中表面的溫度是顯著低于新電池的，梯次電池正極負(fù)極的溫度只有在150度左右，但是新電池達(dá)到了300度左右。

這個(gè)是做的一個(gè)過(guò)放電的實(shí)驗(yàn)，過(guò)放電相對(duì)過(guò)充電來(lái)說(shuō)就沒(méi)有那么劇烈，我們可以看出來(lái)新電池大概有一點(diǎn)溫升，大概在50多度。梯次電池只有30多度，電池這個(gè)只有輕微的發(fā)鼓，所以它這個(gè)防爆閥沒(méi)有開(kāi)啟，因?yàn)闇囟冗€沒(méi)到，所以可能我們從照片上看不太出來(lái)。

這個(gè)是做的一個(gè)短路的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)做的時(shí)候因?yàn)檫@個(gè)電池比較大，200安時(shí)，內(nèi)阻比較小，定頻內(nèi)阻可能只有0.2毫歐（音）左右，所以可以算他大概的短路電流是幾千安的，所以這個(gè)做的時(shí)候一段路電池的焦耳（音）就直接燒斷了，所以這個(gè)不是一個(gè)真真正正的短路到0V的實(shí)驗(yàn)，所以我們其實(shí)也看它這個(gè)電池表面沒(méi)有太多的溫升。

這個(gè)做得是一個(gè)擠壓的實(shí)驗(yàn)，從這個(gè)我們可以看出來(lái)，這個(gè)新電池和梯次電池在擠壓前后其實(shí)因?yàn)檫@個(gè)本身沒(méi)有太多的溫度變化，電池也沒(méi)有發(fā)生熱失控，這個(gè)新舊電池是差不多的，因?yàn)闆](méi)有引起電池內(nèi)部的反應(yīng)。

這個(gè)做得是一個(gè)針刺的實(shí)驗(yàn)，可以看出來(lái)在針刺以后這個(gè)電池都冒煙了，從重量就可以看出來(lái)，6公斤的電池大概剩了4點(diǎn)幾公斤，但是從正負(fù)極溫度對(duì)比的話，梯次電池反應(yīng)的劇烈程度還是要顯著低于新電池的。

下面簡(jiǎn)單介紹一下我們?cè)诤?jiǎn)單安全上這些年做的一些對(duì)策研究。我們知道對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全其實(shí)是多方面的，首先要電池本征的安全，用的這個(gè)樣品本身使用過(guò)程就是安全的。第二是在本體應(yīng)用中的安全控制技術(shù)，主要包括電池預(yù)警技術(shù)、熱失控以后的防護(hù)技術(shù)，一個(gè)電池?zé)?，但是能夠把它防護(hù)住，或者最多燒一個(gè)模組，防止熱失控蔓延，最后是起火以后的消防的技術(shù)，這個(gè)也是這兩年好多廠家都在做的一件事。

針對(duì)電池的安全預(yù)警技術(shù)我們大概做了這么幾方面的工作：一是電壓預(yù)警，主要是根據(jù)拿新電池對(duì)比，在充放電末期大家從實(shí)際的數(shù)據(jù)來(lái)分析，梯次電池和新電池的一致性的問(wèn)題，然后來(lái)定梯次電池一致性的壓差應(yīng)該控制在什么范圍之內(nèi)。二是電池表面溫升，測(cè)電池表面的溫升，結(jié)合下面對(duì)電池進(jìn)行的仿真，一個(gè)是仿真這個(gè)電池內(nèi)部大概是什么溫度。其實(shí)我們前兩年還做了一個(gè)很有意思的事情，我們用光纖的傳感器，傳感器很細(xì)，可以直接放進(jìn)這個(gè)電池里面，然后我們研究了這個(gè)電池的內(nèi)部溫度，真正電芯內(nèi)部的溫度，可以放到極片里面和表面溫度的差異，剛才20安時(shí)內(nèi)部差異很小，但是對(duì)內(nèi)部很厚的電池會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)溫差其實(shí)有好幾度，所以我們可以通過(guò)這樣一個(gè)表面的溫度的仿真，再結(jié)合真正光纖測(cè)的溫度，可以真正了解電池內(nèi)部的溫度是什么狀況，再結(jié)合熱失控特性的研究，這樣就可以形成整個(gè)溫度的閉環(huán)，就能知道這個(gè)電池現(xiàn)在衰退到什么狀態(tài)的時(shí)候，內(nèi)部可以承受的溫度是一個(gè)什么情況，這時(shí)候外部是一個(gè)什么溫度，我們?cè)跓峁芾砩暇透嗅槍?duì)性。

其次是我們做的一個(gè)防護(hù)的技術(shù)，這個(gè)其實(shí)是用了一種叫EPDM隔熱材料，在每個(gè)電池中間加這么一個(gè)材料，然后去引發(fā)一組電池的熱失控，看看它能不能有效抑制熱失控的蔓延。

CH1是我們引發(fā)的熱失控，過(guò)充讓它發(fā)生熱失控，發(fā)現(xiàn)CH2相鄰的也發(fā)生了熱失控，但是在它周邊的電池組都沒(méi)有發(fā)生熱失控，并且它的溫度明顯比那些都降低。但是這個(gè)東西現(xiàn)在可能還只停留在實(shí)驗(yàn)階段，真正應(yīng)用的時(shí)候在裝配的時(shí)候還是有很多問(wèn)題。

最后是現(xiàn)在做的一些消防的東西，因?yàn)榇蠹椰F(xiàn)在研究的比較多的主要是這幾種滅火器，七副丙烷、1230、熱氣溶膠，還有現(xiàn)在江蘇公司主要用的超細(xì)水霧。中國(guó)電科院這邊也是結(jié)合這么多年在電池安全性的研究，我們現(xiàn)在也做了這樣一個(gè)滅火的裝置，它也是通過(guò)煙感、溫感、壓力感多種傳感器來(lái)判斷電池的狀態(tài)，我們這個(gè)是采用氣液復(fù)合滅火器，采取不同滅火策略，具有自動(dòng)判定、自動(dòng)啟動(dòng)滅火。

這個(gè)是我們大概做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候這么一個(gè)東西，20升的滅火器。這個(gè)也是去專門國(guó)家消防裝備部門做了一個(gè)檢驗(yàn)，就是滅火裝置0.5秒鐘可以啟動(dòng)，3.5秒可以滅火，24小時(shí)沒(méi)有復(fù)燃。這個(gè)是現(xiàn)在大概做了幾種，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同可以配置不同容量的滅火系統(tǒng)。

最后就是對(duì)這個(gè)內(nèi)容做小結(jié)：首先梯次電池?zé)崾Э匾院笥捎诒旧砟芰康慕档?，所以反?yīng)的程度也有所降低。由于電池的內(nèi)部狀態(tài)的變化，自產(chǎn)熱溫度和熱失控起始溫度也越來(lái)越低，大概什么意思，可能梯次電池出事以后破壞力小了，但是相對(duì)于新電池如果同樣的應(yīng)用可能更容易出事了，所以我們還是要根據(jù)梯次電池的實(shí)際狀況來(lái)制定它的安全策略，最后再選擇一個(gè)合適的滅火方式。其實(shí)我覺(jué)得在整個(gè)安全過(guò)程中，首先還是本體的安全和預(yù)警，這個(gè)是最前面的，還是要把這個(gè)做到更到位的，就是我本體制造的時(shí)候，減少這種工藝上的缺陷，然后讓這個(gè)電池更加安全。在應(yīng)用的過(guò)程中根據(jù)這個(gè)電池的特性，能明確它的安全邊界條件，采取有效的措施，消防也很重要，它是安全的最后一道防線，哪怕我燒了一個(gè)模塊，也別全燒了，能夠及時(shí)的把它滅掉。