同濟葉際平教授:電池材料分析在國內剛剛開始
本次會(hui) 議由一個(ge) 高峰論壇和三個(ge) 主題峰會(hui) 組成,在關(guan) 於(yu) “促進動力電池安全的前言技術與(yu) 保障體(ti) 係”主題峰會(hui) 上,主要研討了動力電池安全體(ti) 係評估;提高電池係統整體(ti) 設計的合理性;同意規劃整個(ge) 電池係統的安全防護;電池產(chan) 品認證和檢測;大數據推動電池智能化管理,提升安全保障;新體(ti) 係動力電池研發現狀及安全挑戰;產(chan) 業(ye) 政策對電池安全的保障。
同濟大學教授葉際平發表主題演講,內(nei) 容實錄如下:
謝謝王芳老師的介紹,也謝謝大會(hui) 和許多領導、許多專(zhuan) 家給我機會(hui) 在這裏跟大家講一下關(guan) 鍵材料分析的技術。
實際上我今年才回國,對國內(nei) 的情況不熟悉,回來非常吃驚的就是質量、能量中國提很多,都過了三百,大家都在做高鎳,實際上我也不太了解具體(ti) 做的怎麽(me) 樣,隻是我覺得非常危險,熱管理、熱失控我不知道國內(nei) 做得怎麽(me) 樣,這是我的一個(ge) 比較吃驚的地方。
我們(men) 知道在國外也是一樣,現在BMS不能像人的神經腦子一樣,能做到冷暖自知,所有的電池都是被動地被BMS控製,BMS裏麵的所有的參數、所有的模擬電是沒有任何材料參數在裏麵。
大多數BMS都是用等效電路,隨後也會(hui) 用電化學、熱耦合模型,在這些模型裏麵也很少有材料參數,因為(wei) 電池變化以後也不會(hui) 考慮電池在使用以後的變化是如何的。所以我們(men) 沒法知道SOC是否正確。所以大家都知道電池這樣的東(dong) 西內(nei) 部是活性非常大的,無法在在大氣暴露的情況下打開看裏麵是怎麽(me) 回事,雖然這些材料分析技術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。
我回來以後做的第一件事就是想開發材料的非大氣暴露技術,跟上海機動中心合作,已經開始這方麵的工作,就是剛才王芳老師說的準備從(cong) 整車到電池係統、到零部件、到材料能夠做一個(ge) 閉環式的材料分析平台。
我簡單介紹一下我自己,我在日產(chan) 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分析的平台。當然做這些平台是國家性資源的這些東(dong) 西,是不能滿足產(chan) 業(ye) 上的要求,所以會(hui) 做一些不是規格型的,不是強檢型的東(dong) 西,就是建立一個(ge) ,也是有各種各樣企業(ye) 支持跟地方政府支持的公司,叫蓄熙,能夠直接為(wei) 工業(ye) 界服務。這在日本是非常普遍的形式。因為(wei) 我在日產(chan) 做了很多鋰電池、燃料電池,搞了很多測試分析設備的改造。
這是我們(men) 實際做的技術路線,是怎麽(me) 考慮的呢?先開發原位或非大氣暴露的技術,提供各種各樣的內(nei) 部參數給各種模型,可以說是等效電路模型、電化學模型,一個(ge) 是電化學模型,還有安全預警模型以後,把它加入到BMS係統裏麵去,BMS在實際工況中運行,進行反饋,做這樣一個(ge) 全方位的係統。
具體(ti) 做什麽(me) ?SEI薄膜的厚度、裏麵的成分跟鋰的關(guan) 係,還有熱擴散,也做一些各種裏麵材料的熱擴散部分,還有熱安全,比如說跟正極材料電解液的反應熱,各種參數參與(yu) 到做模型裏麵。做到BMS係統裏麵去。主要做原材料的標準分析,所謂的標準分析也不是國家層麵的標準分析,就是做一個(ge) 評價(jia) 的標準分析,做一些非大氣暴露的東(dong) 西,也會(hui) 測試電池單體(ti) 性能的表征,也會(hui) 對下一代高鎳或者是富鋰或者是固體(ti) 電池的開發。
這是技術路線,一個(ge) 電池拿來以後要看它的外觀,需要做電位的調節,隨後要抽取氣體(ti) ,要抽取液體(ti) ,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(ge) 部位怎麽(me) 樣,也可以用一個(ge) 轉換的裝置送到各種各樣的分析儀(yi) 器、設備裏麵進行各種各樣的分析,得到各種各樣電池內(nei) 部的參數。
電池的各種功率、能量安全,我們(men) 不說一一對應,是比較複雜的,但是是可以看見的,你可以通過大數據來處理這些東(dong) 西,來做這些東(dong) 西。比如舉(ju) 一個(ge) 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(hui) 降得非常小,而且厚的話,負極電池會(hui) 變得非常大,所以說看負極SEI是非常重要的,表麵會(hui) 形成SEI膜,通過各種分析以後會(hui) 知道有多少是沒有活性的鋰是多少,這個(ge) 鋰是沒有活性的鋰是什麽(me) 樣的狀態都能經過分析得到,你也可以看到SEI膜有哪些是有機的,有哪些成分跟壽命有關(guan) 係,哪些沒關(guan) 係,通過測試是能夠得到的。或者你也可以直接看SEI膜多少厚度,哪些地方電化學的係統已經被破壞,你可以通過各種方法直接看。今天說的是熱安全,就是熱化學係統的完全破壞。各種各樣的材料都有關(guan) 係,比較重要的是正極材料的熱分解的反應是比較重要的。
今天早上才拿到這個(ge) 數據,最近大家知道特斯拉發生幾起火災,所以我們(men) 趕緊拿來幾個(ge) ,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(ge) 公司知道不好,實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的時間非常短,而且熱度也是非常大,溫度也是非常高。但是你能看見最後電池沒有完全爆裂,隨後韓國稍微高一點,但是時間很長,但是那個(ge) 溫度不會(hui) 升高,也會(hui) 很危險。還有一個(ge) 公司可以到最後能維持時間點比較長,所以溫度也是可以達到非常高。但是沒有爆炸的情況,通過這些東(dong) 西,我們(men) 會(hui) 打開,找到原因在什麽(me) 地方,從(cong) 材料上分析為(wei) 什麽(me) 會(hui) 這樣。其中一個(ge) 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,通過這個(ge) 方法來指導我們(men) 的顧客做這件事。
析鋰也是非常重要的,我們(men) 可以通過析鋰來解決(jue) 。剛才提到做熱失控的時候一個(ge) 非常重要的就是肯它分解的毒性是多少,這也是很重要的,因為(wei) 電池爆炸以後會(hui) 發生各種各樣的毒氣在裏麵,都是對人非常毒的,這樣的東(dong) 西可以通過做,特別是在做電解液的時候要除去這些東(dong) 西,來解決(jue) 這些東(dong) 西。希望通過開發這樣的大氣暴露分析技術,一個(ge) 是通過電池內(nei) 部的材料解析來對第三方檢測中心平台有一個(ge) 數據的反饋,還有一個(ge) 就是通過這些分析來解決(jue) 材料怎麽(me) 選、工藝怎麽(me) 做、材料應該怎麽(me) 開發,最主要是做這兩(liang) 塊事,這是我們(men) 現在要做的事,一個(ge) 是做非大氣暴露下的,還有一個(ge) 是做電池單體(ti) 的材料,還有就是為(wei) 做這些會(hui) 開發很多的設備。
我今年剛回來幾個(ge) 月,從(cong) 零開始已經建立了這樣一個(ge) 實驗室,已經開始能做剛才說的實驗。這是我們(men) 合作的上海檢測中心的設備,我們(men) 這個(ge) 公司也進入它內(nei) 部,你們(men) 有機會(hui) 來上海檢測中心參觀的話,這個(ge) 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、係統開發這樣的評價(jia) 係統。謝謝大家。
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