【电动汽车百人会】同济大学叶际平:洞察车载动力电池心灵的分析解析技术

发布时间:2020-02-06

1月20-21日,中国电动汽车百人会论坛(2018)在北京钓鱼台国宾馆召开,同济大学教授叶际︶︷︸平发表了主题演讲,演讲内容如下:

同济大学教授叶际平 

各位专家,各位老师,下午好!非常高兴有这个机会来参加百人会论坛,来跟大家共同探讨如何普及新能源汽车。我今天讲的课题是如何洞察车载动』力电池心灵的分析解析技术,主要用于电池安全性、寿命智能型预测与新型固体电池的开发。

昨天也提到根据我们去年新△能源汽车销售量,今年肯定会突破100万辆,这是一个非常可喜的前景。但是我们也知道中国的电动汽车面临着很多安全隐患,各种故障和寿命的问题,这会严重影响中国新能源汽车发展的进程。

我们也知道现在的BMS对电池组、电池是采用主动控制的方法,而电池里面的材料是内部正式信息,是不会反映到BMS上面去的,不能像人体一样,有脑有神经有器官,BMS控制缺乏材料具体的数据支持,电池有时候会处于过度保护,有时候处于保护不足。我简单∞自我介绍一下,我大学毕业以后去日本大概ρ去了三十多年,最主要的经历是在日产材料分析―中心,这个公司是日产子公司,在那里呆了20多年,从研究员到开发部长到董事到CTO。我做的工作一个是汽车材料的特性机理研究,还有一个生产技术开发分析。材料体系分三块,一块是锂电池,一块是燃料电池,还有一个是纳米材料的体系。特别想提的是日产的※材料解析是我们公司在做的,比如中国۩特别重视安全问题,它是通过材料解决的,所以它没有任何冷却系统,卖了二三十万台,没有出现一次Е火灾事░故,也是它从材料上根本≥解决了这些问题。

第二个也是为第一项工作做的,做材料分析的体系构建和设备的二次开发,我们做的锂电池分析,有的ぷ实验是想理ψ解它的机理是什么,还要做纳米物性分析,知道它的本性是什么。第三点是平台的产业化、商业化。我们从日产的综∴合研究所独立出来是五年多了,都是自负盈亏的,而且我们很多服务不是来自日产,5%以上是来自其他的厂家,包括日本所有的汽车厂家跟它的供应商。最近我们做了一个分析┑流程数据,整个流程大数据采集和整个业务的智能管理,这是我的工作情况(图)。

技术的研究和开发大概有四个阶段,第▓一个是基础研究、要素研究;第二个开发,就是系统性开发、功能性开发;第三个做工艺,也就是做工程的;第四个,要做成商业化,有商业模式、标准技术、市场战略。从一个设计跳到⊕另一个设计,要做功能化、商品化、产业化,在这之间有很多死谷,如果你做很多研究,最后没成为一≮≯个上到市场的产品,是因为里面有很多死谷。在产品开发和最终供应的时候,有很多是黑色盒子,我们做很多性能实验、耐久实验,但这是不够的,要做很多材料分析解析,用这些技术打开黑色的盒子。材料跟۩๑人一样,它是有基∴因的,材料基因也就是它的材料工艺,它决定了材料先天的体质,材料】电池是一致性还是不一致性的,这跟它的寿命有很大关系。我们现在BMS主动控制材料来控制电池,知道Ⅸ它可能过老或者过劳。如果我们知道电池先天体质的话,可以均衡控制,Φ来优化整个BMS系统。

什么是材料解析?大家都知道基本是两∩个,一个是用光束,用普通的电子束或者离子束,能够得到各种微观的形貌、微观结构、组成、晶体结构、化学状态等,可以用纳米物性知道材料本质的差异在什么地方。通过这些东西可以知道材料在想什么,怎么让材料能够心情舒畅,材料才会对你好,才能做一个好的电池出来。◁

国内应该做一个材料*工艺电池pack的公○共服务平台,也就是开医院,不光要有外科,要有内科,对关键工艺要开处方这样一个医院。我们说材料的功率、容量、安全与它内部发生的各种ⓛ各样的因素是有关系的,比如与锂的迁移速率ì、有效锂量的降低、内部电化学系统局部▌破坏和整ξ个™系统破坏是有密切关系的。比如容量与有〦效锂电的量是非常有关系的。我们在负极会产生SEI膜,跟电池寿命安全性有很大关系。我◐们要去看里面?各种各样电池的SEI膜如何形成长大的,也可以用各种各样的化学分析手法,来测量锂是怎么变化的,可以测SEI是有机的还是无机的,知道电池的衰老是与有机有关还是跟无机有关。容量也与局部的电化学系统破坏有关,比如SEI膜表面会导电,这是短路破坏的地方。我们做安全性,电池在着火之前,与正极的热分解是有关系的。可以通过各种各样的热分析手法来测它的正极分解时的温度是多少,产生的热量是多少。如果真的做电池的时候能掌握到这个地步,应该不存在安全问题。我们可以测经过SEI以后,剩下来的锂量是多少,决定电池⊙安全性是多少。如果做一个很好的电池,电池SEI应该是安定的,绝对不会发生任何的安全问题。

我回来以后会做一个非常重要的事,做一个公共服务平台,希望它是能够产业化的、商业化的,能够为整个中国的电池厂家或者是汽车厂家、整车厂来提供这样的服务。当然,在这个平台上所有的分析应该是会大气暴露的,并且能够了解真正的电池组♂健康状态是什么样的。当然我们也会开发很多新的设备,二次开发新的◣设备,会做很多各种各样的工艺老化寿命的分析,给出提案。这个平台也会做全固体的锂离子电池,我们知道在日本最┍红的是硫化物,我↕们也会对硫化物做很多的开发。第一个是化学稳定性,第二是界面的电阻、电抗的问题,第三个是它还没"有生产工艺,要开发新的生▣▤▥产工艺。

全固体锂电池最主要的问题,我说了很多,要降低界面的电阻,我们要开发新的非大气暴露的界面构造和物性分析的方法,做实际工作中的观察。比如在充放电的时候,能看见它里面的压力是多大,裂缝是如何产生的。做到现场开【发、材料研究和理论计算同时进行,能加快开发的速度和降低开发的成本。

第三个是开发燃料电池的关键材料,现在国际上能量密度是3.1Kw/L,希望在两三年θ以后我们能№达到它︱︳的一倍,也就是6 Kw/L以上。

这是我的发言,谢谢。


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