孚能王瑀:電池安全問題歸根結底最後都是電芯的熱失控
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。
孚能科技(贛州)有限公司董事長王瑀發表主題演講,內(nei) 容實錄如下:
我現在知道為(wei) 什麽(me) 把我安排在葉教授的後麵,我1996年到2000年是專(zhuan) 門負責鋰電池開發的,2000年去了美國,2002年開始創業(ye) 。今天受組委會(hui) 的要求,想讓我講一講動力電池安全部分的問題,這部分我過去做了很多的工作。從(cong) 1996年的毛裏開始,做了大量的實驗、分析、結構等等。後來又參加美國政府的項目,做了大量的機理分析、模型建立,但是很多都失敗掉了,今天我挑重點講一講,主要想過來做廣告。
今天我講分四個(ge) 部分:第一,電動汽車的安全挑戰。第二,提升電動汽車安全性的措施。第三,孚能科技電動汽車電池產(chan) 品安全性設計。第四,孚能科技公司近況介紹。
betway在线官网汽車中國的發展狀況大家都了解,從(cong) 2015年開始國家投入了巨資,包括政策傾(qing) 斜,使betway在线官网汽車保有量,包括生產(chan) 量、銷售量增長很快,去年達到了77萬(wan) 輛,今年預期達到100萬(wan) 輛,國家戰略方麵,從(cong) 汽車大國走向汽車強國,電動車作為(wei) 一個(ge) 走向強國的首選道路。政策傾(qing) 斜,包括補貼、專(zhuan) 用牌照、路權、優(you) 先權,成果,今年我們(men) 看到已經成為(wei) 了產(chan) 銷量世界第一。對於(yu) 我們(men) 30年來在美國做betway在线官网汽車來說,唯一的出發點就是解決(jue) 美國的相當於(yu) 石油的自給自足及另外是環境,最早是從(cong) EV開始,鉛酸電池不行,鎳氫不行,後來轉到混動,最後覺得混動太貴,放棄了,後來沒想到日本把它產(chan) 業(ye) 化了,後來轉成插電,後來變成純電動,發展到今天,對中國來說這個(ge) 更加重要。因為(wei) 中國石油目前的供給已經處於(yu) 危險,超過60%進口。一旦石油受到控製會(hui) 比芯片受到控製更加危險。
我現在舉(ju) 幾個(ge) 例子,過去的安全事故,沒有意思去攻擊哪些公司,隨便找了幾個(ge) 案例,包括2018年3月23號特斯拉在美國加州的事件,包括前兩(liang) 天好萊塢演員的丈夫放在那裏起火,包括中國的碰撞第一次的起火,再加上在北京充電的起火。總之betway在线官网汽車目前處於(yu) 一種風口浪尖上,任何一個(ge) 事故都很敏感,就像王芳說的一樣,任何一個(ge) 把能量聚集到一個(ge) 體(ti) 積內(nei) 的這樣的一個(ge) 物種想絕對安全是絕對做不到的,關(guan) 鍵是我們(men) 要打造什麽(me) 樣的安全,能夠符合我們(men) 的要求,像汽車一樣,每天坐在汽油上,大家並不擔心。
現在我們(men) 采取了很多的安全措施,我隨便舉(ju) 幾個(ge) 例子,大家都很熟悉的,包括可容斷保險絲(si) 、繼電器、箱體(ti) 、電芯、電池模組、液冷係統、熱管理等等。這個(ge) 我就不詳細介紹了。目前發生的原因我主要說一下,一個(ge) 是交通事故造成撞車,把人撞壞了,裏麵短路了,要麽(me) 就是引起了哪裏發熱,熱失控,電池跑掉了,要麽(me) 是係統不良,出現很多,包括豐(feng) 田,也包括BAE等等,在國際上很多車,有人使用十年之後開始發生事,主要是海水的侵蝕,也包括豐(feng) 田的混合對立車的著毀,都是因為(wei) 空氣的進入造成了連接件,連接件阻控增加,然後發熱失控。電池加熱係統失控之後引起的熱失控,再就是電池係統進水,所以短路,然後造成的。再就是電池內(nei) 部的短路,出現了事故,再就是過充。但是歸根結底,所有的原因最後達成的效果都是電芯的熱失控,歸根結底就在這兒(er) 。如果電芯熱失控,放一個(ge) 鐵塊在裏麵啥事沒有,就這麽(me) 簡單的一個(ge) 道理。
究竟什麽(me) 樣的標準是標準?我記得在美國政府的betway在线官网汽車開發項目的時候,整車廠給我們(men) 提出的標準就是不起火、不爆炸、沒有任何反應,這就是我們(men) 對電池的要求。當時想了想也無語,沒法答複他,後來提出要求是不起火也不爆炸,後來又改變了,說這個(ge) 也不做不到,說不爆炸,延遲起火,給出逃逸的時間,多長時間?現在又提出來了隻冒煙、不起火、不爆炸,隻是電池損壞,車扔就扔了,最後一點大家好像能夠達成共識。
這是電池熱失控所發生的所有的事情,我在九幾年做的研究,熱失控,哪個(ge) 地方造成失控?就是兩(liang) 件事,一件事從(cong) 負極開始,另一件事從(cong) 正極開始,就這麽(me) 兩(liang) 個(ge) 地兒(er) ,負極能反應的就是SEI分解,一個(ge) 是鋰的反應,正極就是氧化,然後釋放性,這個(ge) 東(dong) 西怎麽(me) 引起的?很簡單,熱,先把SEI給破壞掉,溫度比較低,大約一百度左右。再高就完蛋了,就是隔膜阻短路以後,熱短路,溫度上去了,開始產(chan) 生一大堆的氣體(ti) ,造成反應。電池短路可以造成,加熱可以造成,還有一種可能性就是電池做得不好,生成鋰枝晶,鋰枝晶就給你搗亂(luan) 了。還有一種可能性相當於(yu) 過充,充電電流太大,再就是低溫,做得不適當,低溫一上去,結果超越了析鋰的電壓,總之就這麽(me) 幾個(ge) 原因,大家看到這個(ge) 圖基本就知道發生什麽(me) 事,產(chan) 生什麽(me) 氣體(ti) ,都是分析得清清楚楚。
孚能科技在過去將近二十年做了好多的工作,承擔了美國政府的項目,天天都研究這些東(dong) 西,花了不少錢。實際上從(cong) 1997年把軟包電池作為(wei) 車用動力電池的載體(ti) 很重要的原因就是安全,現在看來所有的手機、筆記本都是軟包,非常高興(xing) 能成為(wei) 第一個(ge) 做的,而且做液體(ti) 軟報電池當時,現在變成了一個(ge) 國際的主流。我們(men) 選擇軟包做汽車動力電池也是一個(ge) 原因,就是安全,為(wei) 什麽(me) ?我們(men) 沒有能力、沒有本事,把所有的正極材料都搞得非常安全。在我能夠想到開發出汽車電池的過程當中,我還看不到我能開發出一個(ge) 非常高能量密度的。能做的找好的載體(ti) ,不要出事,出事的時候頂多放放氣,最多起起火,我把它延遲掉就可以了,這是做汽車電池的第一關(guan) ,非常重要,是一票否決(jue) 的。另外一點,正極才倆(lia) 是主要要反映、要釋放鋰,在一定溫度之下,怎麽(me) 把它穩定住,多數的情況下都是隔膜紙短路造成的失控,最早我們(men) 提出隔膜紙,提出了相當於(yu) PE、PP,當時還很難做,最後終於(yu) 說服了他們(men) ,把隔膜紙做出來,現在變成了流行的隔膜紙,因此成為(wei) 世界上最大的隔膜紙公司。還有正負極材料和負極析鋰,要保證它不要在外麵,同時SEI要穩定,不要分解。最後一點是電壓越來越高,過充了,就是高電壓穩定電解液,我提了這幾項。設計的目標就是不起火,也不爆炸,冒煙沒問題。
我舉(ju) 了一個(ge) 例子,工作很多,對於(yu) 正極修飾能夠帶來什麽(me) 樣的影響,就是穩定性的提高,這個(ge) 大家都知道了,這都是常識性的,我就不詳細介紹了,包括參雜、包覆,做了這麽(me) 多年,都很簡單,當時做的時候都很難。另外一點就是隔膜紙,熱收縮是很大的問題,但是我們(men) 也想讓它有收縮,因為(wei) 電池來來回回,沒有鋰來回跑,這個(ge) 電池非常安全,關(guan) 鍵是鋰來回跑,造成大量的放電,造成很多未知的、已知的發生的事故,重點加一個(ge) PE膜,讓它適當下降,阻止這個(ge) 事情。現在看來,阻止不住,就想能不能增加它的熱穩定性,就是最早提出來,九幾年提出來我們(men) 做陶瓷塗覆。這幾個(ge) 溫度下沒有塗覆的隔膜紙已經下降得不像樣了,有塗覆的很穩定。另外高溫隔膜紙我們(men) 做了好久,如何發現一個(ge) 更高的隔膜紙用在汽車上,這個(ge) 工作做了十幾年,一直到現在還找不出一個(ge) 好的,包括跟杜邦合作的聚酰亞(ya) 胺,也包括PET這種隔膜,但是現在離產(chan) 業(ye) 化還有好多距離,非常遺憾。另外我們(men) 也做了具有氧化還原功能的高溫的隔膜紙,意味著氧化吧,你不要氧化我,電壓永遠上不去,小試很好,大試做不出來。總之目前能用的就是隔膜紙,也基本解決(jue) 了我們(men) 現在需要解決(jue) 的問題,這一項還是比較滿意的。
另外就是電解液,電解液我剛才說過了,整個(ge) 的過充,一起爆過充電解液反氣,這都是電解液搞的鬼,過去我們(men) 提出了BP,後來很多包括氧化還原劑等等,還有PS等等,這都是1996年、1997年我們(men) 申請的專(zhuan) 利,改進也很好,也包括正極SEI的穩定,保證電池很好。SEI分經從(cong) 負極開始到正極,搞了很多添加劑,效果也不用說,綜合起來幫我們(men) 解決(jue) 了不少問題。再就是高溫電解液,高溫電解液也是一個(ge) 主要的,我們(men) 一過充就分解,另外能量密度越做越高,我們(men) 也承擔了美國政府的攻關(guan) 項目,現在結果也不錯,標準電解液基本上差不多也就是50次循環,經過三年多的努力,現在已經到了差不多四五百個(ge) 循環,還不錯。5V循環,進展還是不錯的。
看一下結果,剛才王芳專(zhuan) 家也說了,要做這種熱失控的考慮,我們(men) 的方法很簡單,在兩(liang) 個(ge) 模組之間加兩(liang) 個(ge) 加熱板,這個(ge) 實驗基本上這個(ge) 是5P5S的模塊,在兩(liang) 個(ge) 之間加兩(liang) 個(ge) 隔熱板,把溫度全部調到300度,大家看得到,這就是時間軸,這邊是300度,其他所有的模組並沒有看到溫度的升高。而且是在電池設計方麵非常重要,因為(wei) 電池的失控和短路是防不住的,有的是因為(wei) 事故造成的,有的因為(wei) 做電池缺陷造成的,實際上都是PPD級或者PPM級的,但是總會(hui) 發生,所以我們(men) 也做了實驗,大家看到零分鍾、37分鍾、43分鍾、兩(liang) 小時,在係統當中表現怎麽(me) 樣呢?係統上大家看得不太清楚,作為(wei) 一個(ge) 電池包,下麵是一個(ge) 水箱,一旦有問題扔到水箱裏麵,大家看到我們(men) 把第一組讓它失控,可以看到冒煙。一個(ge) 小時之後還是在冒煙,這個(ge) 至少符合我們(men) 孚能的要求,是安全的。
我稍微說幾句,未來的發展,目前鋰電技術我們(men) 還是要繼續如何穩定正負極材料,大量的工作要做,一定做得成。我1996年做鋰電池的時候跟現在做的困難一模一樣,價(jia) 錢也是我們(men) 公關(guan) 。我們(men) 希望我們(men) 的同仁要有信心,要有決(jue) 心,未來一定會(hui) 做出來,剛才還問我價(jia) 錢的問題,說未來能不能把電池係統搞到3毛錢,我說三毛錢可能都不止,為(wei) 什麽(me) 這樣說,1996年做的時候是14塊錢一瓦時,現在你們(men) 都知道價(jia) 錢多少,才200億(yi) 美金的市場,這是一個(ge) 萬(wan) 億(yi) 美金的市場,我覺得沒有問題。另外隔膜紙非常重要,我希望大家做更多的工作開發出抗高溫、抗氧化型、可阻斷型的隔膜紙,阻斷能解決(jue) 很多問題。再就是高穩定性、高電壓、阻燃型的電解液係統。我們(men) 做了二十多年也沒做成功,希望我們(men) 老了,你們(men) 年輕人再接再厲把它做出來。最後一個(ge) 就是過渡到固體(ti) 電解質,這些所有的問題都是跟有機氧化物有關(guan) 係,如果沒了它啥事沒有,這個(ge) 就擺脫俞總抓緊時間做出來,我來用。
孚能科技的情況,孚能科技2002年在美國加州成立,原有的團隊一直是承擔美國政府betway在线官网汽車開發的,後來因為(wei) 金融危機出現問題,我們(men) 單獨出來成立,2009年在贛州成立,注冊(ce) 資本8.3億(yi) ,大規模產(chan) 業(ye) 化動力電池。在美國承擔美國政府40多項純電動汽車的開發項目,各種各樣的,很多,剛才王芳講的所有想法,我估計在美國都做過了,但是好像我們(men) 做的百分之八九十都失敗掉了,最後也沒得出一個(ge) 真正的結論,尤其是模型怎麽(me) 算我們(men) 也沒算出來,真是花了好多錢。當時覺得伯克利很牛,但是最後的結果也是給不了我們(men) 什麽(me) 東(dong) 西。
300Wh/Kg的電池項目是我們(men) 其中一個(ge) 項目,我們(men) 2009年SOP,開發時間是2013-2015年,當時我們(men) 是項目總承擔方,合作方包括伯克利、杜邦,也包括NANOSYS,也包括寶馬公司,結果還不錯,現在為(wei) 我們(men) 2019年產(chan) 業(ye) 化打下了基礎。現在正在承擔的,就是400Wh/Kg的美國政府的項目,主承擔方是孚能,項目技術管理方是通用、福特、克萊斯勒和美國能源部,項目合作夥(huo) 伴包括德國巴斯夫、杜邦和3M等等。
這是我們(men) 的產(chan) 品路線圖,今年大部分產(chan) 品產(chan) 業(ye) 化都在這個(ge) 範圍之內(nei) ,210到260,2019到2020年是270到300,2021年到2022年是310到330,大家的想法都差不多,還是對矽這個(ge) 東(dong) 西很不放心,
孚能科技目前基本專(zhuan) 注隻做純電動乘用車電池係統,2012年投產(chan) 之後主要是供美國,2015年中國市場爆發,進入中國市場,開始跟北汽合作,2016年底開始供貨,非常榮幸2017年我們(men) 成為(wei) 了一匹黑馬,整個(ge) 供貨量達到了前三,軟包電池出貨量我們(men) 達到了第一,在乘用車上我們(men) 的電池出貨量是中國第二。我們(men) 的汽車主要分三類,主要是純電動、插電混合、微混,下麵這個(ge) 主要是我們(men) 供的一係列車的情況,從(cong) A0級車一直到C級車,基本上包括了北汽所有的車型。除了17180(音)之外,其他所有車型孚能都是獨供商,還有一款車沒有放上去,是兩(liang) 個(ge) 人的改裝車,很好,希望你們(men) 女孩子想買(mai) 一個(ge) 小型電動車的話,那是非常好的選擇,非常漂亮,250公裏續航裏程。非常幸運的是孚能到現在已經出貨超過10萬(wan) 輛,到目前為(wei) 止,無一輛安全事故,這個(ge) 是我們(men) 非常驕傲的,多少年對betway在线官网汽車的敬畏心,讓我們(men) 對這個(ge) 市場相當小心。
孚能科技在今年上半年完成了C輪、C+輪融資,融資總額達到了64億(yi) 人民幣。中國國新控股成為(wei) 孚能科技單一第一大股東(dong) ,中國國新是國務院批準成立的國有獨資國家授權的投資機關(guan) ,由國務院國資委代表履行出資職責,目前管理的資金超過8000億(yi) ,是國務院平台下最大的betway在线官网投資公司,所以孚能也很有幸成為(wei) 了這個(ge) 相當於(yu) 國家國資委反向混改的試點單位,成為(wei) 了一個(ge) 新央企的培育單位,構造國有占大股,但是保持民營機製,希望能給帶來不同的結果。孚能的未來三年要投入大概120億(yi) ,用於(yu) 國內(nei) 的擴產(chan) ,布局華南、華東(dong) 、華北三打擊敵,產(chan) 能要達到35GWh,這個(ge) 布局很快就會(hui) 啟動。
另外一點,大家很關(guan) 心產(chan) 業(ye) 鏈,孚能也一樣,孚能之前也不關(guan) 注,現在非常關(guan) 注。所以孚能要保證孚能供應,保證孚能的質量,保證未來孚能的戰略能夠實現,現在中國國新跟孚能公司成立了100億(yi) 孚能產(chan) 業(ye) 鏈整合基金,所以願意跟孚能合作的上遊的供應商非常歡迎你們(men) 跟我們(men) 進行合作,我們(men) 有100億(yi) 資金來做後盾,來進行整合,希望我們(men) 大家成為(wei) 命運共同體(ti) ,把中國的betway在线官网汽車做好。
最後一頁是孚能所有參加過很多次世界上的大將賽奪得冠軍(jun) ,去年開始參與(yu) 電動摩托大獎賽,希望第五屆能夠囊括冠軍(jun) ,是中國的電池在世界上第一次成為(wei) 冠軍(jun) 的動力,謝謝大家。
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