同濟大學(xué)葉際平：洞察車(chē)載動(dòng)力電池心靈的分析解析技術(shù)
圖為同濟大學(xué)教授葉際平作主題演講
在中國電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì )論壇（2018）的“優(yōu)化電池產(chǎn)業(yè)鏈 助力電動(dòng)汽車(chē)普及化”主題論壇上，同濟大學(xué)教授葉際平發(fā)表主題演講。
以下是演講實(shí)錄：
各位專(zhuān)家，各位老師，下午好！非常高興有這個(gè)機會(huì )來(lái)參加百人會(huì )論壇，來(lái)跟大家共同探討如何普及新能源汽車(chē)。我今天講的課題是如何洞察車(chē)載動(dòng)力電池心靈的分析解析技術(shù)，主要用于電池安全性、壽命智能型預測與新型固體電池的開(kāi)發(fā)。
昨天也提到根據我們去年新能源汽車(chē)銷(xiāo)售量，今年肯定會(huì )突破100萬(wàn)輛，這是一個(gè)非?？上驳那熬?。但是我們也知道中國的電動(dòng)汽車(chē)面臨著(zhù)很多安全隱患，各種故障和壽命的問(wèn)題，這會(huì )嚴重影響中國新能源汽車(chē)發(fā)展的進(jìn)程。
我們也知道現在的BMS對電池組、電池是采用主動(dòng)控制的方法，而電池里面的材料是內部正式信息，是不會(huì )反映到BMS上面去的，不能像人體一樣，有腦有神經(jīng)有器官，BMS控制缺乏材料具體的數據支持，電池有時(shí)候會(huì )處于過(guò)度保護，有時(shí)候處于保護不足。我簡(jiǎn)單自我介紹一下，我大學(xué)畢業(yè)以后去日本大概去了三十多年，最主要的經(jīng)歷是在日產(chǎn)材料分析中心，這個(gè)公司是日產(chǎn)子公司，在那里呆了20多年，從研究員到開(kāi)發(fā)部長(cháng)到董事到CTO。我做的工作一個(gè)是汽車(chē)材料的特性機理研究，還有一個(gè)生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)分析。材料體系分三塊，一塊是鋰電池，一塊是燃料電池，還有一個(gè)是納米材料的體系。特別想提的是日產(chǎn)的材料解析是我們公司在做的，比如中國特別重視安全問(wèn)題，它是通過(guò)材料解決的，所以它沒(méi)有任何冷卻系統，賣(mài)了二三十萬(wàn)臺，沒(méi)有出現一次火災事故，也是它從材料上根本解決了這些問(wèn)題。
第二個(gè)也是為第一項工作做的，做材料分析的體系構建和設備的二次開(kāi)發(fā)，我們做的鋰電池分析，有的實(shí)驗是想理解它的機理是什么，還要做納米物性分析，知道它的本性是什么。第三點(diǎn)是平臺的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化。我們從日產(chǎn)的綜合研究所獨立出來(lái)是五年多了，都是自負盈虧的，而且我們很多服務(wù)不是來(lái)自日產(chǎn)，5%以上是來(lái)自其他的廠(chǎng)家，包括日本所有的汽車(chē)廠(chǎng)家跟它的供應商。最近我們做了一個(gè)分析流程數據，整個(gè)流程大數據采集和整個(gè)業(yè)務(wù)的智能管理，這是我的工作情況（圖）。
技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)大概有四個(gè)階段，第一個(gè)是基礎研究、要素研究；第二個(gè)開(kāi)發(fā)，就是系統性開(kāi)發(fā)、功能性開(kāi)發(fā)；第三個(gè)做工藝，也就是做工程的；第四個(gè)，要做成商業(yè)化，有商業(yè)模式、標準技術(shù)、市場(chǎng)戰略。從一個(gè)設計跳到另一個(gè)設計，要做功能化、商品化、產(chǎn)業(yè)化，在這之間有很多死谷，如果你做很多研究，最后沒(méi)成為一個(gè)上到市場(chǎng)的產(chǎn)品，是因為里面有很多死谷。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和最終供應的時(shí)候，有很多是黑色盒子，我們做很多性能實(shí)驗、耐久實(shí)驗，但這是不夠的，要做很多材料分析解析，用這些技術(shù)打開(kāi)黑色的盒子。材料跟人一樣，它是有基因的，材料基因也就是它的材料工藝，它決定了材料先天的體質(zhì)，材料電池是一致性還是不一致性的，這跟它的壽命有很大關(guān)系。我們現在BMS主動(dòng)控制材料來(lái)控制電池，知道它可能過(guò)老或者過(guò)勞。如果我們知道電池先天體質(zhì)的話(huà)，可以均衡控制，來(lái)優(yōu)化整個(gè)BMS系統。
什么是材料解析？大家都知道基本是兩個(gè)，一個(gè)是用光束，用普通的電子束或者離子束，能夠得到各種微觀(guān)的形貌、微觀(guān)結構、組成、晶體結構、化學(xué)狀態(tài)等，可以用納米物性知道材料本質(zhì)的差異在什么地方。通過(guò)這些東西可以知道材料在想什么，怎么讓材料能夠心情舒暢，材料才會(huì )對你好，才能做一個(gè)好的電池出來(lái)。
國內應該做一個(gè)材料工藝電池pack的公共服務(wù)平臺，也就是開(kāi)醫院，不光要有外科，要有內科，對關(guān)鍵工藝要開(kāi)處方這樣一個(gè)醫院。我們說(shuō)材料的功率、容量、安全與它內部發(fā)生的各種各樣的因素是有關(guān)系的，比如與鋰的遷移速率、有效鋰量的降低、內部電化學(xué)系統局部破壞和整個(gè)系統破壞是有密切關(guān)系的。比如容量與有效鋰電的量是非常有關(guān)系的。我們在負極會(huì )產(chǎn)生SEI膜，跟電池壽命安全性有很大關(guān)系。我們要去看里面各種各樣電池的SEI膜如何形成長(cháng)大的，也可以用各種各樣的化學(xué)分析手法，來(lái)測量鋰是怎么變化的，可以測SEI是有機的還是無(wú)機的，知道電池的衰老是與有機有關(guān)還是跟無(wú)機有關(guān)。容量也與局部的電化學(xué)系統破壞有關(guān)，比如SEI膜表面會(huì )導電，這是短路破壞的地方。我們做安全性，電池在著(zhù)火之前，與正極的熱分解是有關(guān)系的?？梢酝ㄟ^(guò)各種各樣的熱分析手法來(lái)測它的正極分解時(shí)的溫度是多少，產(chǎn)生的熱量是多少。如果真的做電池的時(shí)候能掌握到這個(gè)地步，應該不存在安全問(wèn)題。我們可以測經(jīng)過(guò)SEI以后，剩下來(lái)的鋰量是多少，決定電池安全性是多少。如果做一個(gè)很好的電池，電池SEI應該是安定的，絕對不會(huì )發(fā)生任何的安全問(wèn)題。
我回來(lái)以后會(huì )做一個(gè)非常重要的事，做一個(gè)公共服務(wù)平臺，希望它是能夠產(chǎn)業(yè)化的、商業(yè)化的，能夠為整個(gè)中國的電池廠(chǎng)家或者是汽車(chē)廠(chǎng)家、整車(chē)廠(chǎng)來(lái)提供這樣的服務(wù)。當然，在這個(gè)平臺上所有的分析應該是會(huì )大氣暴露的，并且能夠了解真正的電池組健康狀態(tài)是什么樣的。當然我們也會(huì )開(kāi)發(fā)很多新的設備，二次開(kāi)發(fā)新的設備，會(huì )做很多各種各樣的工藝老化壽命的分析，給出提案。這個(gè)平臺也會(huì )做全固體的鋰離子電池，我們知道在日本最紅的是硫化物，我們也會(huì )對硫化物做很多的開(kāi)發(fā)。第一個(gè)是化學(xué)穩定性，第二是界面的電阻、電抗的問(wèn)題，第三個(gè)是它還沒(méi)有生產(chǎn)工藝，要開(kāi)發(fā)新的生產(chǎn)工藝。
全固體鋰電池最主要的問(wèn)題，我說(shuō)了很多，要降低界面的電阻，我們要開(kāi)發(fā)新的非大氣暴露的界面構造和物性分析的方法，做實(shí)際工作中的觀(guān)察。比如在充放電的時(shí)候，能看見(jiàn)它里面的壓力是多大，裂縫是如何產(chǎn)生的。做到現場(chǎng)開(kāi)發(fā)、材料研究和理論計算同時(shí)進(jìn)行，能加快開(kāi)發(fā)的速度和降低開(kāi)發(fā)的成本。
第三個(gè)是開(kāi)發(fā)燃料電池的關(guān)鍵材料，現在國際上能量密度是3.1Kw/L，希望在兩三年以后我們能達到它的一倍，也就是6 Kw/L以上。
這是我的發(fā)言，謝謝。
?。ǜ鶕l(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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