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锂电池论坛|叶际平:洞察车载动力电池心灵的分析解析技术
中国汽车报网 ·   ·  2018-07-13

  当前,电动汽车已经成为全球汽车产业发展的战略方向,动力电池的进步成就了今天的电动汽车,也决定着未来电动汽车市场化的步伐。如何推动动力电池与其他环节的协调配合将直接影响动力电池,乃至新能源汽车的下一步发展前景。为推动产业的协同发展,6月27日,由青海省人民政府、工业和信息化部、科学技术部、中国电动汽车百人会主办的“中国(青海)锂产业与动力电池国际高峰论坛”在青海省西宁市召开。 

  大会由青海省人民政府副秘书长郭臻先主持论坛,青海省副省长、省国资委主任王黎明为论坛致辞,中国电动汽车百人会理事长陈清泰、中国电动汽车百人会秘书长兼首席专家张永伟、中国电动汽车百人会副秘书长刘小诗、北京汽车集团有限公司总经理张夕勇、宁德时代新能源科技股份有限公司副董事长黄世霖、浙江电咖汽车科技有限公司董事长张海亮、北大先行科技产业有限公司总裁高原、韩国SK集团电池事业部本部长Kang Sanghoom等嘉宾发表了精彩的演讲。 

  以下为同济大学教授叶际平发言实录: 

  谢谢。谢谢王芳老师的介绍,也谢谢大会和许多领导、许多专家给我机会在这里跟大家讲一下关键材料分析的技术。 

  实际上我今年才回国,对国内的情况不熟悉,回来非常吃惊的就是质量、能量中国提很多,都过了三百,大家都在做高镍,实际上我也不太了解具体做的怎么样,只是我觉得非常危险,热管理、热失控我不知道国内做得怎么样,这是我的一个比较吃惊的地方。 

  我们知道在国外也是一样,现在BMS不能像人的神经脑子一样,能做到冷暖自知,所有的电池都是被动地被BMS控制,BMS里面的所有的参数、所有的模拟电是没有任何材料参数在里面。 

  大多数BMS都是用等效电路,随后也会用电化学、热耦合模型,在这些模型里面也很少有材料参数,因为电池变化以后也不会考虑电池在使用以后的变化是如何的。所以我们没法知道SOC是否正确。所以大家都知道电池这样的东西内部是活性非常大的,无法在在大气暴露的情况下打开看里面是怎么回事,虽然这些材料分析技术在国外是非常非常成熟,特别是在韩国、日本是非常成熟的。中国不是没有,才刚刚开始。 

  我回来以后做的第一件事就是想开发材料的非大气暴露技术,跟上海机动中心合作,已经开始这方面的工作,就是刚才王芳老师说的准备从整车到电池系统、到零部件、到材料能够做一个闭环式的材料分析平台。 

  我简单介绍一下我自己,我在日产大概待了二十年以上,今年刚回来,回来的第一件事就是做锂电池、燃料电池的材料研究跟技术分析的平台。当然做这些平台是国家性资源的这些东西,是不能满足产业上的要求,所以会做一些不是规格型的,不是强检型的东西,就是建立一个,也是有各种各样企业支持跟地方政府支持的公司,叫蓄熙,能够直接为工业界服务。这在日本是非常普遍的形式。因为我在日产做了很多锂电池、燃料电池,搞了很多测试分析设备的改造。 

  这是我们实际做的技术路线,是怎么考虑的呢?先开发原位或非大气暴露的技术,提供各种各样的内部参数给各种模型,可以说是等效电路模型、电化学模型,一个是电化学模型,还有安全预警模型以后,把它加入到BMS系统里面去,BMS在实际工况中运行,进行反馈,做这样一个全方位的系统。 

  具体做什么?SEI薄膜的厚度、里面的成分跟锂的关系,还有热扩散,也做一些各种里面材料的热扩散部分,还有热安全,比如说跟正极材料电解液的反应热,各种参数参与到做模型里面。做到BMS系统里面去。主要做原材料的标准分析,所谓的标准分析也不是国家层面的标准分析,就是做一个评价的标准分析,做一些非大气暴露的东西,也会测试电池单体性能的表征,也会对下一代高镍或者是富锂或者是固体电池的开发。 

  这是技术路线,一个电池拿来以后要看它的外观,需要做电位的调节,随后要抽取气体,要抽取液体,要打开电池,打开电池了可以重新组成小的电池去测试,看每个部位怎么样,也可以用一个转换的装置送到各种各样的分析仪器、设备里面进行各种各样的分析,得到各种各样电池内部的参数。 

  电池的各种功率、能量安全,我们不说一一对应,是比较复杂的,但是是可以看见的,你可以通过大数据来处理这些东西,来做这些东西。比如举一个例子,SEI薄膜的厚度、成分这样的事,大家都知道SEI薄膜如果是非常厚的话,有效量会降得非常小,而且厚的话,负极电池会变得非常大,所以说看负极SEI是非常重要的,表面会形成SEI膜,通过各种分析以后会知道有多少是没有活性的锂是多少,这个锂是没有活性的锂是什么样的状态都能经过分析得到,你也可以看到SEI膜有哪些是有机的,有哪些成分跟寿命有关系,哪些没关系,通过测试是能够得到的。或者你也可以直接看SEI膜多少厚度,哪些地方电化学的系统已经被破坏,你可以通过各种方法直接看。今天说的是热安全,就是热化学系统的完全破坏。各种各样的材料都有关系,比较重要的是正极材料的热分解的反应是比较重要的。 

  今天早上才拿到这个数据,最近大家知道特斯拉发生几起火灾,所以我们赶紧拿来几个,反正不是韩国就是日本的1860材料做了热失控的分析,SOC大概是40左右,本来日本红色这个公司知道不好,实际上做出来也知道不好,热分解温度比较低,而且热分解的温度持续的时间非常短,而且热度也是非常大,温度也是非常高。但是你能看见最后电池没有完全爆裂,随后韩国稍微高一点,但是时间很长,但是那个温度不会升高,也会很危险。还有一个公司可以到最后能维持时间点比较长,所以温度也是可以达到非常高。但是没有爆炸的情况,通过这些东西,我们会打开,找到原因在什么地方,从材料上分析为什么会这样。其中一个很重要的就是看正极到底安定不安定,看热分解温度是多少,热分解的温度是多少,在材料上解释,来改进,通过这个方法来指导我们的顾客做这件事。 

  析锂也是非常重要的,我们可以通过析锂来解决。刚才提到做热失控的时候一个非常重要的就是肯它分解的毒性是多少,这也是很重要的,因为电池爆炸以后会发生各种各样的毒气在里面,都是对人非常毒的,这样的东西可以通过做,特别是在做电解液的时候要除去这些东西,来解决这些东西。希望通过开发这样的大气暴露分析技术,一个是通过电池内部的材料解析来对第三方检测中心平台有一个数据的反馈,还有一个就是通过这些分析来解决材料怎么选、工艺怎么做、材料应该怎么开发,最主要是做这两块事,这是我们现在要做的事,一个是做非大气暴露下的,还有一个是做电池单体的材料,还有就是为做这些会开发很多的设备。 

  我今年刚回来几个月,从零开始已经建立了这样一个实验室,已经开始能做刚才说的实验。这是我们合作的上海检测中心的设备,我们这个公司也进入它内部,你们有机会来上海检测中心参观的话,这个公司也是对我开放的,可以做这样的事,所以说能够做到材料、零部件、系统开发这样的评价系统。谢谢大家。 

    编辑:蒙轩

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