陈朝阳,东莞市新能源科技有限公司安全环保副总经理、安全高级工程师,武汉理工大学兼职教授和硕士导师,国家机械安全防爆专家,国家先进电池材料集群专家,部级锂电安全专家。陈朝阳从事锂离子电池安全的研究工作多年,参与编写了一部国际标准(IPC1401), 两项国家标准(GB 51377, GB/T 41254),一项行业标准(SJ/T 11798)和9个团体标准,现有3项行业标准和3项团体标准正在编写。其研究成果基本上覆盖到中国的锂离子电池工业安全的全部标准,为锂离子电池行业作出了巨大的贡献。
一、埋头磨砺,这一坚持,就是整整20年
在从事锂离子电池安全研究的这20年间,陈朝阳和团队始终注重实践,他们测试了超过2000个动力电池,50次爆炸试验,获得了一系列的科学数据,最终编写了中国的安全标准。而“用水灭锂离子电池火灾”和“消防风水法灭火排烟”更是其重要的两个创新成果。
在2008年的时候,陈朝阳和团队发明了“水灭锂离子电池火灾”的方法,在当时,这是一项领先全球的技术,那时许多人认为“锂离子电池有锂金属,不能用水灭火”,而这项技术的提出则打破了众人的误解。2017年12月25日,陈朝阳发布了锂离子电池的安全标准,这一标准的发布,从此提高了锂离子电池工厂生产环境的安全性。此外,陈朝阳和团队通过2000个动力电池的安全滥用测试、50次电池的爆炸试验,获得了锂离子电池燃烧爆炸的工程模型,建立了锂离子电池燃烧产烟量、熄灭需要通风量、爆炸半径、爆炸压强、流动水灭火用水量、水凝胶灭火用水量等公式,并写入了中国的安全标准,培训了广东省消防救援总队、东莞市消防救援支队等专门干部,实现了主动安全。“消防风水法”是在水的基础上又增加了一个抽风,人们通过抽风将烟排出去,用抽风的方式代替建筑物的抗爆泄爆,这项技术通过通风稀释浓度,不构成爆炸分区,因此无须建造抗爆泄爆建筑,既节约了企业的投资成本,还可以使建筑内人员避免遭受爆炸冲击波的伤害。
2023年,陈朝阳和团队通过进一步研究,创新了水凝胶灭火毯的立体水灭锂离子电池火灾的方法,该方法与流动的水灭火相比,节约超过90%的水量,具有非常好的效果。这两项创新成果为锂离子电池领域的发展带来了深远地影响。这些瞩目成果的背后,是陈朝阳及其团队的不懈坚持与努力。回顾来时,他们的研究道路走得并不是那么顺畅。“早期的时候,我们的影响力比较小,身边会出现很多质疑的声音。创新研究过程中,遇到最大的挑战就是消除工程人员、包括副总裁级别的博士高层固有思维中的不信任。”陈朝阳说道。他们在2006年首次提出进行水灭锂离子电池火灾的想法,当时就直接遭到了副总裁博士的否定,“他认为这个想法违反了初中的化学常识,锂离子电池有锂金属,锂金属遇水爆炸,这是不实际的。”尽管如此,当时的陈朝阳和团队并没有因此气馁,为了消除外界的怀疑,陈朝阳和团队花了2年的时间进行科学推理、试验测试、实战验证,终于在2008年获得了大量的试验数据、工程模型,“这些结果才让他们转变观念,接受了我们的科学发现,明白锂离子电池是固体火灾,小火可以用任何灭火剂灭火,大火需要用大量水灭火。”陈朝阳感慨道。
除了研究前期遭受的质疑,在生产研发过程中,陈朝阳也经常会遇见“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”的情况。2012年时,陈朝阳和团队为宝马电动汽车的锂离子电池包进行功能安全认证,当时使用的是ISO 26262标准。这个标准在2011年12月推出,当时很多人都不知道该如何用到锂离子电池。询问顾问公司,面临的却是对方提出的高额费用,以及技术泄密的底线要求。求助无门,他们就尝试在全厂范围内挑选成员,组建一个功能安全小组。“春节不出门,我们闭门研究6个月,却还是不能解决,好几个世界级难题,那时候真的产生出一种走投无路的无力感。”
这个时候,有人建议“走出去”,去走访供应商和汽车厂。通过对几家供应商和汽车厂的接触,陈朝阳发现,这些厂商对功能安全ISO 26262标准的理解可谓是五花八门,“就像有人在弹琴、有人在打鼓、有人在吹笛子,但是我们思考后突然发现,乐器不同,乐谱是一样的,那么计算概率的方法就是乐谱。”想通了这个要点后,陈朝阳尝试使用概率学的方法,设计了10多个试验就完成了功能安全的验证目标;并且用概率学的方法解决了世界级的难题,也保证了宝马汽车的电池安全。“非常巧妙,就像三维生物轻松解决了二维生物的难题,让我们有种豁然开朗的感觉。”
不是所有的坚持都有结果,但是陈朝阳等人的坚持,让他们从锂离子电池这片冻土里,培育出了数朵怒放的成果之花。
二、探究无止境,不变的是跋涉,是开拓
作为锂离子电池行业的标准制定者,陈朝阳时刻关注着锂离子电池领域的安全发展。在他看来,中国的锂离子电池和新能源产业是当前的热点,有非常多的人员参与到该领域的研究中,但同时,很多人员因为没有足够的制造锂离子电池的经验,提出了不少错误的观点。“有时因为是政府聘请的专家,或者是消防队员,或是一些高校的老师,带来的错误观点对行业的危害不小。”为了减少这种情况的发生,陈朝阳要花费不少的精力去与他们沟通。
谈及行业未来需要改善的地方,陈朝阳主要总结了两点。第一是推进功能安全技术发展,用主动安全取代被动安全,实现科学量化风险,采取恰到好处的安全措施,来减少错误方法的浪费。另外一点,陈朝阳提到要主动和政府消防部门、安监部门、行业主管部门进行沟通和培训,“一枝独秀不是春,我们掌握了正确解法,也要通过交流和培训,让更多人员掌握正确的安全技术,让他们使用锂离子电池的安全标准,减少因误解而产生的损失。”
锂离子电池在社会中的广泛应用,为社会带来了数不尽的经济效益,但同时,随之而来的一些环境问题和可持续性问题也引起了陈朝阳等科研工作者的思考。在陈朝阳看来,锂离子电池本身并不是危险废弃物,对环境无害,但是锂离子电池的矿产资源一旦开采,这种行为无法避免地会对环境产生影响。“所以现在有一个非常热门的方式,叫做循环经济重复利用。”陈朝阳介绍道。他们发现,锂离子电池的很多金属99.3%以上都可以被回收利用,但是经济价值往往并不划算。矿产资源的开采是大规模、机械化的,但是如果进行电池回收,它是五花八门的,自动化程度不够高,这个技术就需要持续地进行提升。“中国在这一块要自己做好,在国际上进行这种技术的输出,也要做好相应地配套,减少挖矿,让这些矿产就地能够实现再生循环。”同时,面对日益激烈的国际竞争,陈朝阳表示,当前中国锂离子电池领域的领先企业基本选择了零碳产品来应对。他们分析了采用零碳产品的策略正确性,其一是电费占锂离子电池的比例不高,购买绿色电能的费用在可接受范围内;其二是中国的绿色电能有足够的产量来支持锂离子电池,更重要的一点是,如果中国直接采用零碳产品竞争,就可以绕开欧盟碳绩效争吵,发展中国当前领先全球的三个产业:风电、光伏和锂离子电池,进一步巩固我们的全球优势。
一代又一代的接力,无数科研人的尝试与耕耘,如今,中国在锂离子电池领域的国际影响力日益加深,研究的创新与方案的推动也不复往日艰难。在陈朝阳看来,身处这个中国百年不遇的大变革时代,在这个资本和知识人才高度丰富的当下,青年人有极大的发展空间。谈及给年轻一代的寄语,陈朝阳说,“选择大于努力,我们可以借助行业调研数据和政府倾向,选择好主航道,找到适合自己的赛道。同时要聚焦有价值的领域,不断创新,努力成为该领域有深度的专家,年轻人有很大的机会。”除了对青年一代的鼓励,陈朝阳也希望科研工作者们能够保持宝贵的好奇心,积极学习领域内的新知识,提高自己的技术水平,保证发展中的安全。
对于未来锂离子电池领域的发展,陈朝阳展望道,“我由衷希望,中国能够在大家的努力奋斗下,在年轻人一代胜一代的进步中,实现民族的复兴,向世界分享中国的成果。”。
(撰稿:谭玮雯、纪健生;一审:黄楚刁;二审:付皓珺;三审:邓维伟)