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同濟(jì)葉際平教授:電池材料分析在國內(nèi)剛剛開始

發(fā)布時(shí)間:2018年06月27日 17:34 作者:青竹 來源:客車網(wǎng)
  2018年6月27日,由青海省人民政府、工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部、中國電動(dòng)汽車百人會主辦的“2018中國(青海)鋰產(chǎn)業(yè)與動(dòng)力電池國際高峰論壇”在青海省西寧市召開。

  本次會議由一個(gè)高峰論壇和三個(gè)主題峰會組成,在關(guān)于“促進(jìn)動(dòng)力電池安全的前言技術(shù)與保障體系”主題峰會上,主要研討了動(dòng)力電池安全體系評估;提高電池系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的合理性;同意規(guī)劃整個(gè)電池系統(tǒng)的安全防護(hù);電池產(chǎn)品認(rèn)證和檢測;大數(shù)據(jù)推動(dòng)電池智能化管理,提升安全保障;新體系動(dòng)力電池研發(fā)現(xiàn)狀及安全挑戰(zhàn);產(chǎn)業(yè)政策對電池安全的保障。

  同濟(jì)大學(xué)教授葉際平發(fā)表主題演講,內(nèi)容實(shí)錄如下:

  謝謝王芳老師的介紹,也謝謝大會和許多領(lǐng)導(dǎo)、許多專家給我機(jī)會在這里跟大家講一下關(guān)鍵材料分析的技術(shù)。

  實(shí)際上我今年才回國,對國內(nèi)的情況不熟悉,回來非常吃驚的就是質(zhì)量、能量中國提很多,都過了三百,大家都在做高鎳,實(shí)際上我也不太了解具體做的怎么樣,只是我覺得非常危險(xiǎn),熱管理、熱失控我不知道國內(nèi)做得怎么樣,這是我的一個(gè)比較吃驚的地方。

  我們知道在國外也是一樣,現(xiàn)在BMS不能像人的神經(jīng)腦子一樣,能做到冷暖自知,所有的電池都是被動(dòng)地被BMS控制,BMS里面的所有的參數(shù)、所有的模擬電是沒有任何材料參數(shù)在里面。

  大多數(shù)BMS都是用等效電路,隨后也會用電化學(xué)、熱耦合模型,在這些模型里面也很少有材料參數(shù),因?yàn)殡姵刈兓院笠膊粫紤]電池在使用以后的變化是如何的。所以我們沒法知道SOC是否正確。所以大家都知道電池這樣的東西內(nèi)部是活性非常大的,無法在在大氣暴露的情況下打開看里面是怎么回事,雖然這些材料分析技術(shù)在國外是非常非常成熟,特別是在韓國、日本是非常成熟的。中國不是沒有,才剛剛開始。

  我回來以后做的第一件事就是想開發(fā)材料的非大氣暴露技術(shù),跟上海機(jī)動(dòng)中心合作,已經(jīng)開始這方面的工作,就是剛才王芳老師說的準(zhǔn)備從整車到電池系統(tǒng)、到零部件、到材料能夠做一個(gè)閉環(huán)式的材料分析平臺。

  我簡單介紹一下我自己,我在日產(chǎn)大概待了二十年以上,今年剛回來,回來的第一件事就是做鋰電池、燃料電池的材料研究跟技術(shù)分析的平臺。當(dāng)然做這些平臺是國家性資源的這些東西,是不能滿足產(chǎn)業(yè)上的要求,所以會做一些不是規(guī)格型的,不是強(qiáng)檢型的東西,就是建立一個(gè),也是有各種各樣企業(yè)支持跟地方政府支持的公司,叫蓄熙,能夠直接為工業(yè)界服務(wù)。這在日本是非常普遍的形式。因?yàn)槲以谌债a(chǎn)做了很多鋰電池、燃料電池,搞了很多測試分析設(shè)備的改造。

  這是我們實(shí)際做的技術(shù)路線,是怎么考慮的呢?先開發(fā)原位或非大氣暴露的技術(shù),提供各種各樣的內(nèi)部參數(shù)給各種模型,可以說是等效電路模型、電化學(xué)模型,一個(gè)是電化學(xué)模型,還有安全預(yù)警模型以后,把它加入到BMS系統(tǒng)里面去,BMS在實(shí)際工況中運(yùn)行,進(jìn)行反饋,做這樣一個(gè)全方位的系統(tǒng)。

  具體做什么?SEI薄膜的厚度、里面的成分跟鋰的關(guān)系,還有熱擴(kuò)散,也做一些各種里面材料的熱擴(kuò)散部分,還有熱安全,比如說跟正極材料電解液的反應(yīng)熱,各種參數(shù)參與到做模型里面。做到BMS系統(tǒng)里面去。主要做原材料的標(biāo)準(zhǔn)分析,所謂的標(biāo)準(zhǔn)分析也不是國家層面的標(biāo)準(zhǔn)分析,就是做一個(gè)評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)分析,做一些非大氣暴露的東西,也會測試電池單體性能的表征,也會對下一代高鎳或者是富鋰或者是固體電池的開發(fā)。

  這是技術(shù)路線,一個(gè)電池拿來以后要看它的外觀,需要做電位的調(diào)節(jié),隨后要抽取氣體,要抽取液體,要打開電池,打開電池了可以重新組成小的電池去測試,看每個(gè)部位怎么樣,也可以用一個(gè)轉(zhuǎn)換的裝置送到各種各樣的分析儀器、設(shè)備里面進(jìn)行各種各樣的分析,得到各種各樣電池內(nèi)部的參數(shù)。

  電池的各種功率、能量安全,我們不說一一對應(yīng),是比較復(fù)雜的,但是是可以看見的,你可以通過大數(shù)據(jù)來處理這些東西,來做這些東西。比如舉一個(gè)例子,SEI薄膜的厚度、成分這樣的事,大家都知道SEI薄膜如果是非常厚的話,有效量會降得非常小,而且厚的話,負(fù)極電池會變得非常大,所以說看負(fù)極SEI是非常重要的,表面會形成SEI膜,通過各種分析以后會知道有多少是沒有活性的鋰是多少,這個(gè)鋰是沒有活性的鋰是什么樣的狀態(tài)都能經(jīng)過分析得到,你也可以看到SEI膜有哪些是有機(jī)的,有哪些成分跟壽命有關(guān)系,哪些沒關(guān)系,通過測試是能夠得到的?;蛘吣阋部梢灾苯涌碨EI膜多少厚度,哪些地方電化學(xué)的系統(tǒng)已經(jīng)被破壞,你可以通過各種方法直接看。今天說的是熱安全,就是熱化學(xué)系統(tǒng)的完全破壞。各種各樣的材料都有關(guān)系,比較重要的是正極材料的熱分解的反應(yīng)是比較重要的。

  今天早上才拿到這個(gè)數(shù)據(jù),最近大家知道特斯拉發(fā)生幾起火災(zāi),所以我們趕緊拿來幾個(gè),反正不是韓國就是日本的1860材料做了熱失控的分析,SOC大概是40左右,本來日本紅色這個(gè)公司知道不好,實(shí)際上做出來也知道不好,熱分解溫度比較低,而且熱分解的溫度持續(xù)的時(shí)間非常短,而且熱度也是非常大,溫度也是非常高。但是你能看見最后電池沒有完全爆裂,隨后韓國稍微高一點(diǎn),但是時(shí)間很長,但是那個(gè)溫度不會升高,也會很危險(xiǎn)。還有一個(gè)公司可以到最后能維持時(shí)間點(diǎn)比較長,所以溫度也是可以達(dá)到非常高。但是沒有爆炸的情況,通過這些東西,我們會打開,找到原因在什么地方,從材料上分析為什么會這樣。其中一個(gè)很重要的就是看正極到底安定不安定,看熱分解溫度是多少,熱分解的溫度是多少,在材料上解釋,來改進(jìn),通過這個(gè)方法來指導(dǎo)我們的顧客做這件事。

  析鋰也是非常重要的,我們可以通過析鋰來解決。剛才提到做熱失控的時(shí)候一個(gè)非常重要的就是肯它分解的毒性是多少,這也是很重要的,因?yàn)殡姵乇ㄒ院髸l(fā)生各種各樣的毒氣在里面,都是對人非常毒的,這樣的東西可以通過做,特別是在做電解液的時(shí)候要除去這些東西,來解決這些東西。希望通過開發(fā)這樣的大氣暴露分析技術(shù),一個(gè)是通過電池內(nèi)部的材料解析來對第三方檢測中心平臺有一個(gè)數(shù)據(jù)的反饋,還有一個(gè)就是通過這些分析來解決材料怎么選、工藝怎么做、材料應(yīng)該怎么開發(fā),最主要是做這兩塊事,這是我們現(xiàn)在要做的事,一個(gè)是做非大氣暴露下的,還有一個(gè)是做電池單體的材料,還有就是為做這些會開發(fā)很多的設(shè)備。

  我今年剛回來幾個(gè)月,從零開始已經(jīng)建立了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)室,已經(jīng)開始能做剛才說的實(shí)驗(yàn)。這是我們合作的上海檢測中心的設(shè)備,我們這個(gè)公司也進(jìn)入它內(nèi)部,你們有機(jī)會來上海檢測中心參觀的話,這個(gè)公司也是對我開放的,可以做這樣的事,所以說能夠做到材料、零部件、系統(tǒng)開發(fā)這樣的評價(jià)系統(tǒng)。謝謝大家。

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