启泰“传感中国芯”的湖南担当
——解读中国首条压力传感芯片量产线背后的故事
■ 李 治
（刊载于《湖南日报》2021年12月1日10版）
#中国科技##传感器#
不久前，在国家智能传感器创新中心等单位主办的第二届中国智能传感大会上，湖南启泰传感科技有限公司（简称：“启泰公司”或“启泰”）被评为“2021感知领航年度杰出创新企业（成长型企业组，全国总共三家）”，公司董事长兼总经理王国秋被评为“2021感知领航八大标杆人物之一”。作为唯一代表，为湖南捧回行业盛会的最高荣誉。
传感器是物联网、大数据、人工智能、智能制造等新一代信息技术的感知基础和数据来源，已经成为推动数字经济转型升级与高质量发展的关键基础与重要引擎。
从人类社会发展趋势表明，传感器的需求量将随着经济和科技进步而水涨船高。《第三次工业革命》和《零边际成本社会》作者杰里米·里夫金甚至曾大胆猜想，“2030 年，全球应用的传感器数量将从 2013 年的 35 亿个突飞猛进到超过 100 万亿个，人与自然环境通过传感器紧密相连。”
近些年来，随着国际产业竞争格局的变化，全球万亿级传感器产业格局重新洗牌。这为智能传感器国产化带来新的挑战与机遇。
制造业正朝着数字化、智能化的方向转型，传感器的大量使用将是传统制造业实现高质量发展的必然选择，这为传感器企业的发展提供了前所未有的机会。
王国秋介绍，在工业控制、石油石化、采油炼油、航空航天、城市管网监测、工程机械、汽车等领域，压力传感器使用非常广泛。如一辆传统燃油汽车上面，压力传感器超过20颗。在未来发展中，压力传感器会趋向微型化、内置化、数字化、网络化方向发展。
产业竞争为传感器打开巨大的市场机会，正是检验企业技术真功夫的关键时刻。
“我不能说启泰的产品超过了欧美国家，但至少不会逊色。”启泰公司所在的长沙是工程机械之都，全球50强中，有4家在此地。
长沙工程机械产业规模全国第一，但液压传感器作为关键零部件还长期依赖进口。两年前，启泰量产线通线，长沙乃至全国工程机械产业的液压传感器配套需求均可实现自主可控。
经过对产品的严格筛查，启泰公司今年已是本土三一集团、中联重科、山河智能等工程机械巨头的合格供应商。
沈阳国仪检测技术有限公司等业内权威机构的抽查检测结果表明，由工程机械类客户单位送检的启泰传感器，各项指标均达到优良水平。大部分指标甚至高于国外一流企业的产品。
王国秋提到一件趣事，一家企业在对启泰公司产品的反复测试中，发现其各项性能指标好得超乎预期。怀疑启泰特意挑好的送检。有一次搞了个突然袭击，派人直接上门，找到库房挑了一些刚出产的产品去测试。结果发现，性能指标和之前的测试完全一致。
【自主可控】 传感器虽小作用大
在我国民用市场完全空白的金属基MEMS压敏芯片领域翩翩起舞，开启自主可控的全新技术时代，启泰公司凭什么这么牛？其技术产业化的价值到底有多大？
早些年，我国对传感器的发展有很大的争议。很多人认为传感器非常重要，需要国家加大力度来支持。但也有一种声音说，传感器单体价值不高，发展起来非常难，中国没有必要去做，用国际上现成的产品就好。美其名曰，产业分工。
王国秋介绍，我国自己能够生产的传感器敏感芯片占据份额不到10%。比如压敏金属基芯片，国产率不到0.5%。国内民品市场国产芯片，在启泰量产之前，颗粒无收。
“没有传感器，什么设备的能力都发挥不出来。所以传感器单个价值不大，但作用巨大。” 王国秋说，我国去年起加大对传感器研发的支持力度。但这种支持多从研究型出发，忽略了产业型。而产业化主要靠各种设备、工艺来保障。如果在特种工艺和设备上没有投入的话，产业化不可能有结果。
王国秋说，传感器敏感芯片生产线不像一般的集成电路产线那样具有通用性，一条传感器敏感芯片线，往往只能做很少种类的产品。比如说做温度传感器的产线不能做压力传感器，反之亦然。
“尽管单条线3到5亿元的投资看起来不大，但是由于传感器的种类太多，要把这两三万种传感器敏感芯片都做全，这个投资也是一个巨大的数额。”王国秋表示，传感器敏感芯片短期内完全自主可控有困难，有些传感器芯片不花10-20年时间是做不好的。
创新不是空喊口号，没有速成法，不经过长期积累是无法创新的。
基于科学预见和科学家情怀，启泰在压力传感器产业化这条道路进行了长期的艰辛探索。
启泰作为一个民营企业，在国家早期没有一分钱的投入下，在这个“高技术门槛、高资金门槛、高人才门槛”的微机电领域，以不管企业是否实现盈利，也一定要研发出“传感中国芯”，在产品价格与质量上与国外竞争的目标。凭借着满腔热诚和湖南人“吃得苦、霸得蛮、耐得烦”的秉性，王国秋最终坚持了下来。
在“十四五”开局之年，国家已将微机电系统作为集成电路的特色工艺纳入到了“十四五”前沿攻关技术领域，“传感中国芯”真正迎来了发展的春天。
【研发历程】 这把剑磨了十五年
压力传感器的核心技术是敏感芯片，从相关技术的研发到量产，王国秋这把剑磨了15年。
王国秋是从事“中国芯”较早的一批科研人员。早年在国防科技大学工作，后任湖南师范大学数学与统计学院教授、博士生导师。曾获得全军科技进步一等奖和二等奖，主持过4项国家级集成电路项目，湖南省政府曾给其记一等功。
2006年，王国秋研究重心转向应用广泛的压敏芯片和传感器，并决定走产业化道路。但是，压敏芯片的研制难度远超王国秋的预料。实验数不胜数，纽扣般大小的基底材料一箩筐、一箩筐的被烧坏。仅从2019年通线开始，调试工艺和设备用的芯片就消耗了1.9万颗。
但他的投入几近痴迷，这些年心无旁骛，没有做过其他投资。别说不赚快钱做房地产，连自己的住房都一直没有买，股票从没开过户。
研发是有风险的，因为一旦卡在一个环节上过不去，意味着前面的所有投入都白费。
面对各种困境，王国秋也有过几近崩溃、差点放弃的时刻，“要买材料、买设备、做实验，200万元很快就没了，还欠下了一屁股债，过年都有人上门讨债。还好，最终挺过来了。”
2013年，符合国际主流技术的压敏芯片关键技术终于破冰。这不是简单地重复国外的技术，而是一场颠覆性原创，研发了全新的功能材料和电路布局。
2016年开始建量产中试线，2019年，启泰的一条规范的高标准金属基压敏芯片生产线建成，从材料、核心技术、关键工艺和设备，到厂房的设计、芯片检测、封装均由启泰团队自主完成。
这是国内第一条量产线，也是目前唯一的一条。
自此，启泰攻克了“传感中国芯”生产全流程的难题，填补了我国规模化生产线的空白。
长沙市工程机械协会常务副会长兼秘书长吴京生说，启泰生产的芯片，是中国目前很少几类能与国际先进同类芯片相PK的芯片产品，是真正填补市场空白的具有核心竞争力的技术产品。
通线的喜悦实在是太短暂。还没有来得及好好休息一下，意料之中的“拦路虎”很快又出现了。芯片产线最麻烦的是良率、产能双爬坡，启泰生产线的第一批下线产品合格率不到20%。于是，启泰人开始了艰苦的良率爬坡。
所谓的良率爬坡，就是攻克产线里几十套生产工艺，任何一套工艺没有攻克，生产就会在这个环节停摆。例如，在光刻环节，由于进口的光刻胶不适合金属基底，启泰人硬是“跨界”配置出了自己的光刻胶，定制出了自己的光刻机。没有专用光刻机，生产效率是不可能提升的，产品的品质更无法保证。在产线建设中，由于芯片的基底不是硅材，由此导致传统的设备失效，这样的学费交了许多。如研磨机也是由国内知名厂商定制的，但它达不到对粗糙度的要求，第一台研磨机就交了学费。
又是一年半时间的努力，在产线上喂了1.9万颗基底，启泰产品现在的良率终于稳定在95%上下。
“在这个行业里面，95%良率是目前的天花板了。”王国秋自豪地说。
产能爬坡也在同步进行。启泰第一条线的设计产能是每年600万颗。目前正在根据市场的需求，逐步释放产能。
不久的将来，启泰首条线每年可生产600万颗金属基压敏芯片和数百万支传感器，年产值可达10亿元。
【湖南力量】 “三个高地”生力军
11月28日上午，中国共产党湖南省第十二次代表大会在省人民会堂胜利闭幕。
在全面落实“三高四新”战略定位和使命任务，为全面建设富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化新湖南而努力奋斗的历史号角声中，启泰正加快启动第二条生产线的建设。产品专门针对新能源汽车，年产值将达到50亿元，可填补我国汽车传感器这类芯片领域产线的空白。
今年的省政府工作报告明确提出，要重点抓好十大技术攻关项目。其中列出的“湘潭大学碳基生物等先进传感器件项目”提到，湘潭大学、启泰传感等正在研制的传感器，突破碳基场效应晶体管传感器和我国工程机械、汽车产业液压装备发展的高性能压力传感器关键瓶颈技术，实现液压装备金属基薄膜压力传感器芯片产业化，建设液压装备压力传感器封装生产线，实现进口替代，提升我省工程机械关键核心零部件配套能力。
不久前，建设银行给予启泰传感授信1.39亿元，第一笔款项8000万元已到账。这些资金主要用于芯片产能的建设上。
建行浏阳支行行长章卓说，建行以服务全省全面落实“三高四新”战略定位和使命任务、增强服务国家建设能力为己任，今年以来，通过“五大行动”已对重点高科技型企业实现了走访的全覆盖。“对湖南十大攻关项目启泰的支持，得益于省行浓厚的创新氛围和创新实力。在省行直接指导下，我们通过产品创新，克服了公司处于初创期在融资上的系列限制，成功实现授信，这在金融支持科技企业发展上有较强的示范意义。基于启泰在传感器领域的核心地位，我们会长期合作而不仅仅是微风拂面式的短期支持。”
11月中旬，中国安全应急产业大会创投交易会发布项目评审结果，启泰公司“智慧消防物联网监测系统”入选为50大优秀项目之一，项目的核心支撑点就是启泰芯片在低压领域的重大突破。在国际上，这类芯片的最低测压只能到1MPa。而启泰芯片的最低测压可以到0.2MPa，将测量能力下探了两个数量级。
此前，长沙银行对启泰的预授信高达20亿元，积极支持启泰传感进军智慧消防领域。
今年5月29日，湖南省传感器产业促进会第一次会员大会在长沙召开，王国秋当选第一届会长。
湖南省传感器产业促进会的成立，是传感器产业发展的一座里程碑。
在启泰等行业龙头企业带动下，促进会将加快传感器关键核心技术攻关，攻克关键技术，发挥传感器产业促进会引领、规范、协调、服务的重大作用，未来将引导全省人工智能与传感器产业快速健康发展，助力湖南省打造成为传感器产业强省，为建设现代化新湖南贡献力量。
“传感器核心是敏感芯片，在相当长的时间内敏感芯片还是我国的短板。”展望未来，王国秋表示将继续攻坚克难，为我国制造业屹立于世界民族之林，为湖南全面落实“三高四新”战略定位和使命任务，作出新的应有贡献！
——解读中国首条压力传感芯片量产线背后的故事
■ 李 治
（刊载于《湖南日报》2021年12月1日10版）
#中国科技##传感器#
不久前，在国家智能传感器创新中心等单位主办的第二届中国智能传感大会上，湖南启泰传感科技有限公司（简称：“启泰公司”或“启泰”）被评为“2021感知领航年度杰出创新企业（成长型企业组，全国总共三家）”，公司董事长兼总经理王国秋被评为“2021感知领航八大标杆人物之一”。作为唯一代表，为湖南捧回行业盛会的最高荣誉。
传感器是物联网、大数据、人工智能、智能制造等新一代信息技术的感知基础和数据来源，已经成为推动数字经济转型升级与高质量发展的关键基础与重要引擎。
从人类社会发展趋势表明，传感器的需求量将随着经济和科技进步而水涨船高。《第三次工业革命》和《零边际成本社会》作者杰里米·里夫金甚至曾大胆猜想，“2030 年，全球应用的传感器数量将从 2013 年的 35 亿个突飞猛进到超过 100 万亿个，人与自然环境通过传感器紧密相连。”
近些年来，随着国际产业竞争格局的变化，全球万亿级传感器产业格局重新洗牌。这为智能传感器国产化带来新的挑战与机遇。
制造业正朝着数字化、智能化的方向转型，传感器的大量使用将是传统制造业实现高质量发展的必然选择，这为传感器企业的发展提供了前所未有的机会。
王国秋介绍，在工业控制、石油石化、采油炼油、航空航天、城市管网监测、工程机械、汽车等领域，压力传感器使用非常广泛。如一辆传统燃油汽车上面，压力传感器超过20颗。在未来发展中，压力传感器会趋向微型化、内置化、数字化、网络化方向发展。
产业竞争为传感器打开巨大的市场机会，正是检验企业技术真功夫的关键时刻。
“我不能说启泰的产品超过了欧美国家，但至少不会逊色。”启泰公司所在的长沙是工程机械之都，全球50强中，有4家在此地。
长沙工程机械产业规模全国第一，但液压传感器作为关键零部件还长期依赖进口。两年前，启泰量产线通线，长沙乃至全国工程机械产业的液压传感器配套需求均可实现自主可控。
经过对产品的严格筛查，启泰公司今年已是本土三一集团、中联重科、山河智能等工程机械巨头的合格供应商。
沈阳国仪检测技术有限公司等业内权威机构的抽查检测结果表明，由工程机械类客户单位送检的启泰传感器，各项指标均达到优良水平。大部分指标甚至高于国外一流企业的产品。
王国秋提到一件趣事，一家企业在对启泰公司产品的反复测试中，发现其各项性能指标好得超乎预期。怀疑启泰特意挑好的送检。有一次搞了个突然袭击，派人直接上门，找到库房挑了一些刚出产的产品去测试。结果发现，性能指标和之前的测试完全一致。
【自主可控】 传感器虽小作用大
在我国民用市场完全空白的金属基MEMS压敏芯片领域翩翩起舞，开启自主可控的全新技术时代，启泰公司凭什么这么牛？其技术产业化的价值到底有多大？
早些年，我国对传感器的发展有很大的争议。很多人认为传感器非常重要，需要国家加大力度来支持。但也有一种声音说，传感器单体价值不高，发展起来非常难，中国没有必要去做，用国际上现成的产品就好。美其名曰，产业分工。
王国秋介绍，我国自己能够生产的传感器敏感芯片占据份额不到10%。比如压敏金属基芯片，国产率不到0.5%。国内民品市场国产芯片，在启泰量产之前，颗粒无收。
“没有传感器，什么设备的能力都发挥不出来。所以传感器单个价值不大，但作用巨大。” 王国秋说，我国去年起加大对传感器研发的支持力度。但这种支持多从研究型出发，忽略了产业型。而产业化主要靠各种设备、工艺来保障。如果在特种工艺和设备上没有投入的话，产业化不可能有结果。
王国秋说，传感器敏感芯片生产线不像一般的集成电路产线那样具有通用性，一条传感器敏感芯片线，往往只能做很少种类的产品。比如说做温度传感器的产线不能做压力传感器，反之亦然。
“尽管单条线3到5亿元的投资看起来不大，但是由于传感器的种类太多，要把这两三万种传感器敏感芯片都做全，这个投资也是一个巨大的数额。”王国秋表示，传感器敏感芯片短期内完全自主可控有困难，有些传感器芯片不花10-20年时间是做不好的。
创新不是空喊口号，没有速成法，不经过长期积累是无法创新的。
基于科学预见和科学家情怀，启泰在压力传感器产业化这条道路进行了长期的艰辛探索。
启泰作为一个民营企业，在国家早期没有一分钱的投入下，在这个“高技术门槛、高资金门槛、高人才门槛”的微机电领域，以不管企业是否实现盈利，也一定要研发出“传感中国芯”，在产品价格与质量上与国外竞争的目标。凭借着满腔热诚和湖南人“吃得苦、霸得蛮、耐得烦”的秉性，王国秋最终坚持了下来。
在“十四五”开局之年，国家已将微机电系统作为集成电路的特色工艺纳入到了“十四五”前沿攻关技术领域，“传感中国芯”真正迎来了发展的春天。
【研发历程】 这把剑磨了十五年
压力传感器的核心技术是敏感芯片，从相关技术的研发到量产，王国秋这把剑磨了15年。
王国秋是从事“中国芯”较早的一批科研人员。早年在国防科技大学工作，后任湖南师范大学数学与统计学院教授、博士生导师。曾获得全军科技进步一等奖和二等奖，主持过4项国家级集成电路项目，湖南省政府曾给其记一等功。
2006年，王国秋研究重心转向应用广泛的压敏芯片和传感器，并决定走产业化道路。但是，压敏芯片的研制难度远超王国秋的预料。实验数不胜数，纽扣般大小的基底材料一箩筐、一箩筐的被烧坏。仅从2019年通线开始，调试工艺和设备用的芯片就消耗了1.9万颗。
但他的投入几近痴迷，这些年心无旁骛，没有做过其他投资。别说不赚快钱做房地产，连自己的住房都一直没有买，股票从没开过户。
研发是有风险的，因为一旦卡在一个环节上过不去，意味着前面的所有投入都白费。
面对各种困境，王国秋也有过几近崩溃、差点放弃的时刻，“要买材料、买设备、做实验，200万元很快就没了，还欠下了一屁股债，过年都有人上门讨债。还好，最终挺过来了。”
2013年，符合国际主流技术的压敏芯片关键技术终于破冰。这不是简单地重复国外的技术，而是一场颠覆性原创，研发了全新的功能材料和电路布局。
2016年开始建量产中试线，2019年，启泰的一条规范的高标准金属基压敏芯片生产线建成，从材料、核心技术、关键工艺和设备，到厂房的设计、芯片检测、封装均由启泰团队自主完成。
这是国内第一条量产线，也是目前唯一的一条。
自此，启泰攻克了“传感中国芯”生产全流程的难题，填补了我国规模化生产线的空白。
长沙市工程机械协会常务副会长兼秘书长吴京生说，启泰生产的芯片，是中国目前很少几类能与国际先进同类芯片相PK的芯片产品，是真正填补市场空白的具有核心竞争力的技术产品。
通线的喜悦实在是太短暂。还没有来得及好好休息一下，意料之中的“拦路虎”很快又出现了。芯片产线最麻烦的是良率、产能双爬坡，启泰生产线的第一批下线产品合格率不到20%。于是，启泰人开始了艰苦的良率爬坡。
所谓的良率爬坡，就是攻克产线里几十套生产工艺，任何一套工艺没有攻克，生产就会在这个环节停摆。例如，在光刻环节，由于进口的光刻胶不适合金属基底，启泰人硬是“跨界”配置出了自己的光刻胶，定制出了自己的光刻机。没有专用光刻机，生产效率是不可能提升的，产品的品质更无法保证。在产线建设中，由于芯片的基底不是硅材，由此导致传统的设备失效，这样的学费交了许多。如研磨机也是由国内知名厂商定制的，但它达不到对粗糙度的要求，第一台研磨机就交了学费。
又是一年半时间的努力，在产线上喂了1.9万颗基底，启泰产品现在的良率终于稳定在95%上下。
“在这个行业里面，95%良率是目前的天花板了。”王国秋自豪地说。
产能爬坡也在同步进行。启泰第一条线的设计产能是每年600万颗。目前正在根据市场的需求，逐步释放产能。
不久的将来，启泰首条线每年可生产600万颗金属基压敏芯片和数百万支传感器，年产值可达10亿元。
【湖南力量】 “三个高地”生力军
11月28日上午，中国共产党湖南省第十二次代表大会在省人民会堂胜利闭幕。
在全面落实“三高四新”战略定位和使命任务，为全面建设富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化新湖南而努力奋斗的历史号角声中，启泰正加快启动第二条生产线的建设。产品专门针对新能源汽车，年产值将达到50亿元，可填补我国汽车传感器这类芯片领域产线的空白。
今年的省政府工作报告明确提出，要重点抓好十大技术攻关项目。其中列出的“湘潭大学碳基生物等先进传感器件项目”提到，湘潭大学、启泰传感等正在研制的传感器，突破碳基场效应晶体管传感器和我国工程机械、汽车产业液压装备发展的高性能压力传感器关键瓶颈技术，实现液压装备金属基薄膜压力传感器芯片产业化，建设液压装备压力传感器封装生产线，实现进口替代，提升我省工程机械关键核心零部件配套能力。
不久前，建设银行给予启泰传感授信1.39亿元，第一笔款项8000万元已到账。这些资金主要用于芯片产能的建设上。
建行浏阳支行行长章卓说，建行以服务全省全面落实“三高四新”战略定位和使命任务、增强服务国家建设能力为己任，今年以来，通过“五大行动”已对重点高科技型企业实现了走访的全覆盖。“对湖南十大攻关项目启泰的支持，得益于省行浓厚的创新氛围和创新实力。在省行直接指导下，我们通过产品创新，克服了公司处于初创期在融资上的系列限制，成功实现授信，这在金融支持科技企业发展上有较强的示范意义。基于启泰在传感器领域的核心地位，我们会长期合作而不仅仅是微风拂面式的短期支持。”
11月中旬，中国安全应急产业大会创投交易会发布项目评审结果，启泰公司“智慧消防物联网监测系统”入选为50大优秀项目之一，项目的核心支撑点就是启泰芯片在低压领域的重大突破。在国际上，这类芯片的最低测压只能到1MPa。而启泰芯片的最低测压可以到0.2MPa，将测量能力下探了两个数量级。
此前，长沙银行对启泰的预授信高达20亿元，积极支持启泰传感进军智慧消防领域。
今年5月29日，湖南省传感器产业促进会第一次会员大会在长沙召开，王国秋当选第一届会长。
湖南省传感器产业促进会的成立，是传感器产业发展的一座里程碑。
在启泰等行业龙头企业带动下，促进会将加快传感器关键核心技术攻关，攻克关键技术，发挥传感器产业促进会引领、规范、协调、服务的重大作用，未来将引导全省人工智能与传感器产业快速健康发展，助力湖南省打造成为传感器产业强省，为建设现代化新湖南贡献力量。
“传感器核心是敏感芯片，在相当长的时间内敏感芯片还是我国的短板。”展望未来，王国秋表示将继续攻坚克难，为我国制造业屹立于世界民族之林，为湖南全面落实“三高四新”战略定位和使命任务，作出新的应有贡献！
锂离子电池火灾事故多发，原因何在？
原创 应急君
● 安全始终是锂离子电池储能行业发展的难点之一，同时，相关规程规范的缺失，也加剧着锂离子电池储能行业的安全发展压力。
● “一般来讲，导致锂离子电池发生火灾爆炸事故的直接原因是电池热失控。造成热失控，一方面是电芯内部本身有缺陷，另一方面，由外部撞击产生放热，也会导致热失控。可以确定的是，提高电池一致性，是确保电池组安全性和可靠性的重要路径。”
● “目前，国内储能安全的标准及相应规范还是比较滞后。发生事故必须把事故的真实原因找到，针对问题去提解决方案和整改措施。标准规范滞后的一部分，需要有关部门加紧研究和整改。”
日前，北京市丰台区储能电站起火爆炸事故调查报告发布。报告认为，南楼起火直接原因系西电池间内的磷酸铁锂电池发生内短路故障，引发电池热失控起火。北楼爆炸直接原因为南楼电池间内的单体磷酸铁锂电池发生内短路故障，引发电池及电池模组热失控扩散起火，事故产生的易燃易爆组分通过电缆沟进入北楼储能室并扩散，与空气混合形成爆炸性气体，遇电气火花发生爆炸。调查历时半年之久，对事故的来龙去脉进行了科学严谨的分析并得出结论，对行业的健康持续发展具有深刻的借鉴和指导意义。
今年4月14日，“储能国际峰会暨展览会（2021）”在北京国家会议中心隆重召开。作为中国储能产业最权威的产业研究报告，《储能产业研究白皮书2021》（以下简称白皮书）也在此次大会上公开发布。白皮书预计，“十四五”期间，我国的电化学储能市场将正式跨入规模化发展阶段。中国能源研究会理事长史玉波在会上表示，作为储能的重要表现形式，电化学储能具有设备机动性好、响应速度快、能量密度高和循环效率高等优势，伴随电化学成本净增力的显现，在可再生能源发展刚需下，电化学储能将迎来快速发展。
根据能量转换方式，电化学储能主要包括锂离子电池储能、铅蓄电池储能和液流电池储能。其中，锂离子电池具有循环特性好、响应速度快的特点，是目前电化学储能中主要的储能方式。一些对于电力供应要求有高质量且供应稳定的行业，例如医院、银行、指挥控制中心、通信基站等，大多使用锂离子电池储能作为应急UPS电源，保障供电的稳定性。但是锂离子电池自身也有缺点，安全始终是锂离子电池储能行业发展的难点之一。同时，相关规程规范的缺失，也在加剧着锂离子电池储能行业的安全发展压力。
提高电池一致性 降低事故风险
“一般来讲，导致锂离子电池发生火灾爆炸事故的直接原因是电池热失控。造成热失控，一方面是电芯内部本身有缺陷，例如电芯电压不平衡，使用老化或者电芯内产生枝晶现象从而造成短路。由此，电池组本身的BMS（电池管理系统）、内部结构设计、电芯质量、工艺管理等都非常重要。另一方面，由外部撞击产生放热，也会导致热失控。”如果新能源创新实验室技术总监黄峰表示，针对锂离子电池热失控的情况，目前国内主流的解决方法主要是从外部保护和内部改进两个方面进行改进。外部保护主要是指系统方面的升级改进，内部改进是指提高电池自身安全性能。
“安全预警和自动控制是提升电池安全性的两个主要方面。目前，大多数安全技术是基于利用多种传感器对锂电池的环节数据进行采集及分析，依据一定的运行数字模型，对采集数据进行在线分析，判断锂电池出现热失控风险的概率，从而自动触发安全应对装置及运营告警，控制热失控影响，将电池火灾风险降到最低。”黄峰补充说，但从根本上讲，锂离子电池热失控很难被预测。热失控的根本原因在于电芯内部不均衡、不一致，这会导致性能劣化的电池更快地衰变，甚至直接失效；也有一部分会产生热失控、燃烧和爆炸。这就意味着，如果电芯内的每一个微观的电极材料颗粒、隔膜到宏观的极片、壳体封装都百分之百一致，那么所组成的电池组就会有更好的安全稳定性。并且这个衰变到短路的过程会十分缓慢，且给出的电压信号不明显。通常情况下，发生事故的电池，往往是在短短的几分钟之内就进入了热失控。事故发生后，电池几乎全毁，事故调查困难重重，技术人员往往无法追踪，这也让相关研究遇到了困难。
“可以确定的是，提高电池一致性，是确保电池组安全性和可靠性的重要路径。同时，提供外部保护的相关安全技术发展也能为预防事故发生争取宝贵的时间。在预警技术方面，监测电池是否泄漏气体的传感器，至少能够在电池发生事故前5分钟进行有效预警；自毒化技术，在电池热失控的前期，自身能够释放化学物质，使得电池内部钝化，从而打断热失控的链条，避免事故发生。”黄峰说。
就如何提升电池安全性，宁德时代新能源科技股份有限公司高级工程师陈小波特别强调了电池安全防护的生命周期，“动力电池安全是系统工程，对电池的安全防护应该是全生命周期的。电池从开发设计到生产制造，到售后服务再到回收再生，都存在安全风险，要想办法规避这些风险。”他提出，在产品设计层面，要提高安全阈值，电池包从设计环节就要做到防水、防火、防撞、防高压漏电，同时做到高可靠性。注重制造过程的质量与安全管控，注重动力电池全生命周期的安全性，例如在早期阶段，需要注意软硬件故障及工艺、生产层面的问题；中期阶段需要关注偶然性失效问题，例如电芯的膨胀、低压连接件的老化、低压线束老化等。最后，要加强售后维护、安全预警与产品的报废处理。
另外，电化学储能电站设计合理性也很重要，要考虑到建设地周围的温度及气候，同时保证变压器、继电器等关键配套设备的安装和质量问题，这样才能提升储能电站整体安全环境，确保锂离子电池储能安全。
标准规范跟上 安全发展同步
技术标准滞后已成为影响这一产业规范化发展的主要症结。锂电池储能行业缺乏有效的引导政策和激励措施，这可能导致项目上设计过于简单、检验测试缺乏权威性统一性、电池安全存在隐患等问题。
“目前，国内储能安全的标准及相应规范还是比较滞后。发生事故必须把事故的真实原因找到，针对问题去提解决方案和整改措施。标准规范滞后的一部分，需要有关部门加紧研究和整改。”中关村储能产业技术联盟常务副理事长俞振华表示，从全球储能产业发展状况来看，锂电由于在动力电池领域的广泛应用，特性已被行业熟知，全球新建储能项目也基本以锂电为主，锂电的主流厂商在欧美市场保持比较低的事故率，部分项目的安全使用时间已经超过8年，国外很多有价值的经验已经转化成为规范和标准。这充分说明虽然锂电池存在易燃、热失控的风险，但通过严格有效的管控、从安全角度提高准入门槛，还是可以保障锂离子电池储能系统的安全性。加强安全管理既有必要，也能够让产业发展更健康。
据了解，目前我国锂离子电池储能行业的技术标准有国家标准和行业标准，具体包括《电化学储能电站设计规范》（GB51048—2014），《电化学储能电站监控系统与电池管理系统通信协议》（DL/T1989—2019），《电池储能功率控制系统变流器技术规范》（NB/T31016—2019），《光储系统用功率转换设备技术规范》（NB/T10186—2019）。
“尽管目前已颁布的标准涵盖了对电池本体的技术要求、装备技术条件等方面的内容，但对储能电站控制保护设备基本技术条件、储能电站及电池系统运行维护、储能电站运行环境要求、储能电站消防安全等方面的标准仍然缺乏。”黄峰补充道，“锂离子电池储能行业若要发展提速，我们认为还应聚焦在电池的安全性和可靠性等关键问题上，加大技术路线图的研究投入力度。”
（作者：本报记者 李金素）
锂离子电池火灾特征及扑救措施
常见安全隐患
一般来说，锂离子电池出现安全问题表现为燃烧甚至爆炸。出现这些问题的根源在于电池内部的热失控，此外，锂离子电池还可能受到一些外部因素的影响发生安全问题，如过充、火源、挤压、穿刺、短路等。
目前，市场上新能源汽车以三元锂电池和磷酸铁锂电池使用最为广泛。据统计，历年电动车锂离子电池火灾事故中，68％由于内部或者外部短路造成，15％由于充放电造成，7％由于设备意外启动造成，10％为其他原因造成。
从起火原因看，电气故障和自燃是造成电动车火灾的主要原因，而过充、电池单体故障、电气线路短路是导致火灾的根本原因。
火灾特征
气体逸出是锂离子电池失控的主要表现之一。锂离子电池起火，会急速喷出大量的白色烟雾， 其主要成分为锂电池电解液的蒸气或分解产物。在起火初期， 烟雾颜色差异是区分锂电池起火和常见火灾最明显的特征之一。
锂离子电池热失控后，分解出的可燃气体与空气混合形成爆炸性混合气体，遇锂电池喷射出的高温颗粒，在局部空间会发生爆燃，导致起火初期经常伴有爆炸声响。
火灾扑救方法
目前，锂离子电池火灾扑救主要有以下几种方法。
1. 将灭火效果较好的灭火剂与降温效果较好的灭火剂相结合。如使用全氟己酮和细水雾先后进行灭火，利用全氟己酮优良的灭火作用熄灭电池火焰，随后利用细水雾的降温作用，及时降低热失控电池温度和环境温度，防止电池发生复燃和热失控传播。
2. 通过间歇喷射灭火剂的方式进行高效灭火降温。以全氟己酮作为灭火剂，发生火灾时，首先喷射大量的全氟己酮进行灭火，降低模组中可燃气体的浓度。随后根据温度变化，多次少量的间歇喷射全氟己酮，进行有效降温和维持模组中全氟己酮的灭火浓度，防止电池发生复燃。
3. 将火灾抑制胶囊置于电池内部也可以抑制电池热失控，熄灭明火。抑制胶囊由全氟己酮、磷酸三甲酯和五氟丙烷组成。其中，全氟己酮为灭火剂，磷酸三甲酯为阻燃剂，五氟丙烷为驱动剂。电池热失控时，胶囊受热破裂，驱动剂将抑制剂推向电池内部，在短时间内熄灭电池火，并抑制电池内部反应，进而抑制热失控的进一步扩展，防止发生热失控传播、火灾蔓延等事故。值得注意的是，灭火后要及时排气泄压。电池热失控时，产生大量的可燃易爆气体，当电池火焰被熄灭后，这些可燃易爆气体仍积聚在电池模组或者预制舱内，因此需要在电池灭火后及时将这些可燃易爆气体排出，降低模组或预制舱内的压力和浓度。
（本报综合整理，任泽坤对本文亦有贡献）
来源：中国应急管理报 责任编辑：李金素
原创 应急君
● 安全始终是锂离子电池储能行业发展的难点之一，同时，相关规程规范的缺失，也加剧着锂离子电池储能行业的安全发展压力。
● “一般来讲，导致锂离子电池发生火灾爆炸事故的直接原因是电池热失控。造成热失控，一方面是电芯内部本身有缺陷，另一方面，由外部撞击产生放热，也会导致热失控。可以确定的是，提高电池一致性，是确保电池组安全性和可靠性的重要路径。”
● “目前，国内储能安全的标准及相应规范还是比较滞后。发生事故必须把事故的真实原因找到，针对问题去提解决方案和整改措施。标准规范滞后的一部分，需要有关部门加紧研究和整改。”
日前，北京市丰台区储能电站起火爆炸事故调查报告发布。报告认为，南楼起火直接原因系西电池间内的磷酸铁锂电池发生内短路故障，引发电池热失控起火。北楼爆炸直接原因为南楼电池间内的单体磷酸铁锂电池发生内短路故障，引发电池及电池模组热失控扩散起火，事故产生的易燃易爆组分通过电缆沟进入北楼储能室并扩散，与空气混合形成爆炸性气体，遇电气火花发生爆炸。调查历时半年之久，对事故的来龙去脉进行了科学严谨的分析并得出结论，对行业的健康持续发展具有深刻的借鉴和指导意义。
今年4月14日，“储能国际峰会暨展览会（2021）”在北京国家会议中心隆重召开。作为中国储能产业最权威的产业研究报告，《储能产业研究白皮书2021》（以下简称白皮书）也在此次大会上公开发布。白皮书预计，“十四五”期间，我国的电化学储能市场将正式跨入规模化发展阶段。中国能源研究会理事长史玉波在会上表示，作为储能的重要表现形式，电化学储能具有设备机动性好、响应速度快、能量密度高和循环效率高等优势，伴随电化学成本净增力的显现，在可再生能源发展刚需下，电化学储能将迎来快速发展。
根据能量转换方式，电化学储能主要包括锂离子电池储能、铅蓄电池储能和液流电池储能。其中，锂离子电池具有循环特性好、响应速度快的特点，是目前电化学储能中主要的储能方式。一些对于电力供应要求有高质量且供应稳定的行业，例如医院、银行、指挥控制中心、通信基站等，大多使用锂离子电池储能作为应急UPS电源，保障供电的稳定性。但是锂离子电池自身也有缺点，安全始终是锂离子电池储能行业发展的难点之一。同时，相关规程规范的缺失，也在加剧着锂离子电池储能行业的安全发展压力。
提高电池一致性 降低事故风险
“一般来讲，导致锂离子电池发生火灾爆炸事故的直接原因是电池热失控。造成热失控，一方面是电芯内部本身有缺陷，例如电芯电压不平衡，使用老化或者电芯内产生枝晶现象从而造成短路。由此，电池组本身的BMS（电池管理系统）、内部结构设计、电芯质量、工艺管理等都非常重要。另一方面，由外部撞击产生放热，也会导致热失控。”如果新能源创新实验室技术总监黄峰表示，针对锂离子电池热失控的情况，目前国内主流的解决方法主要是从外部保护和内部改进两个方面进行改进。外部保护主要是指系统方面的升级改进，内部改进是指提高电池自身安全性能。
“安全预警和自动控制是提升电池安全性的两个主要方面。目前，大多数安全技术是基于利用多种传感器对锂电池的环节数据进行采集及分析，依据一定的运行数字模型，对采集数据进行在线分析，判断锂电池出现热失控风险的概率，从而自动触发安全应对装置及运营告警，控制热失控影响，将电池火灾风险降到最低。”黄峰补充说，但从根本上讲，锂离子电池热失控很难被预测。热失控的根本原因在于电芯内部不均衡、不一致，这会导致性能劣化的电池更快地衰变，甚至直接失效；也有一部分会产生热失控、燃烧和爆炸。这就意味着，如果电芯内的每一个微观的电极材料颗粒、隔膜到宏观的极片、壳体封装都百分之百一致，那么所组成的电池组就会有更好的安全稳定性。并且这个衰变到短路的过程会十分缓慢，且给出的电压信号不明显。通常情况下，发生事故的电池，往往是在短短的几分钟之内就进入了热失控。事故发生后，电池几乎全毁，事故调查困难重重，技术人员往往无法追踪，这也让相关研究遇到了困难。
“可以确定的是，提高电池一致性，是确保电池组安全性和可靠性的重要路径。同时，提供外部保护的相关安全技术发展也能为预防事故发生争取宝贵的时间。在预警技术方面，监测电池是否泄漏气体的传感器，至少能够在电池发生事故前5分钟进行有效预警；自毒化技术，在电池热失控的前期，自身能够释放化学物质，使得电池内部钝化，从而打断热失控的链条，避免事故发生。”黄峰说。
就如何提升电池安全性，宁德时代新能源科技股份有限公司高级工程师陈小波特别强调了电池安全防护的生命周期，“动力电池安全是系统工程，对电池的安全防护应该是全生命周期的。电池从开发设计到生产制造，到售后服务再到回收再生，都存在安全风险，要想办法规避这些风险。”他提出，在产品设计层面，要提高安全阈值，电池包从设计环节就要做到防水、防火、防撞、防高压漏电，同时做到高可靠性。注重制造过程的质量与安全管控，注重动力电池全生命周期的安全性，例如在早期阶段，需要注意软硬件故障及工艺、生产层面的问题；中期阶段需要关注偶然性失效问题，例如电芯的膨胀、低压连接件的老化、低压线束老化等。最后，要加强售后维护、安全预警与产品的报废处理。
另外，电化学储能电站设计合理性也很重要，要考虑到建设地周围的温度及气候，同时保证变压器、继电器等关键配套设备的安装和质量问题，这样才能提升储能电站整体安全环境，确保锂离子电池储能安全。
标准规范跟上 安全发展同步
技术标准滞后已成为影响这一产业规范化发展的主要症结。锂电池储能行业缺乏有效的引导政策和激励措施，这可能导致项目上设计过于简单、检验测试缺乏权威性统一性、电池安全存在隐患等问题。
“目前，国内储能安全的标准及相应规范还是比较滞后。发生事故必须把事故的真实原因找到，针对问题去提解决方案和整改措施。标准规范滞后的一部分，需要有关部门加紧研究和整改。”中关村储能产业技术联盟常务副理事长俞振华表示，从全球储能产业发展状况来看，锂电由于在动力电池领域的广泛应用，特性已被行业熟知，全球新建储能项目也基本以锂电为主，锂电的主流厂商在欧美市场保持比较低的事故率，部分项目的安全使用时间已经超过8年，国外很多有价值的经验已经转化成为规范和标准。这充分说明虽然锂电池存在易燃、热失控的风险，但通过严格有效的管控、从安全角度提高准入门槛，还是可以保障锂离子电池储能系统的安全性。加强安全管理既有必要，也能够让产业发展更健康。
据了解，目前我国锂离子电池储能行业的技术标准有国家标准和行业标准，具体包括《电化学储能电站设计规范》（GB51048—2014），《电化学储能电站监控系统与电池管理系统通信协议》（DL/T1989—2019），《电池储能功率控制系统变流器技术规范》（NB/T31016—2019），《光储系统用功率转换设备技术规范》（NB/T10186—2019）。
“尽管目前已颁布的标准涵盖了对电池本体的技术要求、装备技术条件等方面的内容，但对储能电站控制保护设备基本技术条件、储能电站及电池系统运行维护、储能电站运行环境要求、储能电站消防安全等方面的标准仍然缺乏。”黄峰补充道，“锂离子电池储能行业若要发展提速，我们认为还应聚焦在电池的安全性和可靠性等关键问题上，加大技术路线图的研究投入力度。”
（作者：本报记者 李金素）
锂离子电池火灾特征及扑救措施
常见安全隐患
一般来说，锂离子电池出现安全问题表现为燃烧甚至爆炸。出现这些问题的根源在于电池内部的热失控，此外，锂离子电池还可能受到一些外部因素的影响发生安全问题，如过充、火源、挤压、穿刺、短路等。
目前，市场上新能源汽车以三元锂电池和磷酸铁锂电池使用最为广泛。据统计，历年电动车锂离子电池火灾事故中，68％由于内部或者外部短路造成，15％由于充放电造成，7％由于设备意外启动造成，10％为其他原因造成。
从起火原因看，电气故障和自燃是造成电动车火灾的主要原因，而过充、电池单体故障、电气线路短路是导致火灾的根本原因。
火灾特征
气体逸出是锂离子电池失控的主要表现之一。锂离子电池起火，会急速喷出大量的白色烟雾， 其主要成分为锂电池电解液的蒸气或分解产物。在起火初期， 烟雾颜色差异是区分锂电池起火和常见火灾最明显的特征之一。
锂离子电池热失控后，分解出的可燃气体与空气混合形成爆炸性混合气体，遇锂电池喷射出的高温颗粒，在局部空间会发生爆燃，导致起火初期经常伴有爆炸声响。
火灾扑救方法
目前，锂离子电池火灾扑救主要有以下几种方法。
1. 将灭火效果较好的灭火剂与降温效果较好的灭火剂相结合。如使用全氟己酮和细水雾先后进行灭火，利用全氟己酮优良的灭火作用熄灭电池火焰，随后利用细水雾的降温作用，及时降低热失控电池温度和环境温度，防止电池发生复燃和热失控传播。
2. 通过间歇喷射灭火剂的方式进行高效灭火降温。以全氟己酮作为灭火剂，发生火灾时，首先喷射大量的全氟己酮进行灭火，降低模组中可燃气体的浓度。随后根据温度变化，多次少量的间歇喷射全氟己酮，进行有效降温和维持模组中全氟己酮的灭火浓度，防止电池发生复燃。
3. 将火灾抑制胶囊置于电池内部也可以抑制电池热失控，熄灭明火。抑制胶囊由全氟己酮、磷酸三甲酯和五氟丙烷组成。其中，全氟己酮为灭火剂，磷酸三甲酯为阻燃剂，五氟丙烷为驱动剂。电池热失控时，胶囊受热破裂，驱动剂将抑制剂推向电池内部，在短时间内熄灭电池火，并抑制电池内部反应，进而抑制热失控的进一步扩展，防止发生热失控传播、火灾蔓延等事故。值得注意的是，灭火后要及时排气泄压。电池热失控时，产生大量的可燃易爆气体，当电池火焰被熄灭后，这些可燃易爆气体仍积聚在电池模组或者预制舱内，因此需要在电池灭火后及时将这些可燃易爆气体排出，降低模组或预制舱内的压力和浓度。
（本报综合整理，任泽坤对本文亦有贡献）
来源：中国应急管理报 责任编辑：李金素
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