同濟大學(xué)葉際平：洞察車載動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
在中國電動汽車百人會論壇（2018）的“優(yōu)化電池產(chǎn)業(yè)鏈 助力電動汽車普及化”主題論壇上，同濟大學(xué)教授葉際平發(fā)表主題演講。
以下是演講實錄：
各位專家，各位老師，下午好！非常高興有這個機會來參加百人會論壇，來跟大家共同探討如何普及新能源汽車。我今天講的課題是如何洞察車載動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(yù)測與新型固體電池的開發(fā)。
昨天也提到根據(jù)我們?nèi)ツ晷履茉雌囦N售量，今年肯定會突破100萬輛，這是一個非常可喜的前景。但是我們也知道中國的電動汽車面臨著很多安全隱患，各種故障和壽命的問題，這會嚴重影響中國新能源汽車發(fā)展的進程。
我們也知道現(xiàn)在的BMS對電池組、電池是采用主動控制的方法，而電池里面的材料是內(nèi)部正式信息，是不會反映到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(shù)據(jù)支持，電池有時候會處于過度保護，有時候處于保護不足。我簡單自我介紹一下，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，這個公司是日產(chǎn)子公司，在那里呆了20多年，從研究員到開發(fā)部長到董事到CTO。我做的工作一個是汽車材料的特性機理研究，還有一個生產(chǎn)技術(shù)開發(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題，它是通過材料解決的，所以它沒有任何冷卻系統(tǒng)，賣了二三十萬臺，沒有出現(xiàn)一次火災(zāi)事故，也是它從材料上根本解決了這些問題。
第二個也是為第一項工作做的，做材料分析的體系構(gòu)建和設(shè)備的二次開發(fā)，我們做的鋰電池分析，有的實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是五年多了，都是自負盈虧的，而且我們很多服務(wù)不是來自日產(chǎn)，5%以上是來自其他的廠家，包括日本所有的汽車廠家跟它的供應(yīng)商。最近我們做了一個分析流程數(shù)據(jù)，整個流程大數(shù)據(jù)采集和整個業(yè)務(wù)的智能管理，這是我的工作情況（圖）。
技術(shù)的研究和開發(fā)大概有四個階段，第一個是基礎(chǔ)研究、要素研究；第二個開發(fā)，就是系統(tǒng)性開發(fā)、功能性開發(fā)；第三個做工藝，也就是做工程的；第四個，要做成商業(yè)化，有商業(yè)模式、標準技術(shù)、市場戰(zhàn)略。從一個設(shè)計跳到另一個設(shè)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，最后沒成為一個上到市場的產(chǎn)品，是因為里面有很多死谷。在產(chǎn)品開發(fā)和最終供應(yīng)的時候，有很多是黑色盒子，我們做很多性能實驗、耐久實驗，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(xiàn)在BMS主動控制材料來控制電池，知道它可能過老或者過勞。如果我們知道電池先天體質(zhì)的話，可以均衡控制，來優(yōu)化整個BMS系統(tǒng)。
什么是材料解析？大家都知道基本是兩個，一個是用光束，用普通的電子束或者離子束，能夠得到各種微觀的形貌、微觀結(jié)構(gòu)、組成、晶體結(jié)構(gòu)、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，材料才會對你好，才能做一個好的電池出來。
國內(nèi)應(yīng)該做一個材料工藝電池pack的公共服務(wù)平臺，也就是開醫(yī)院，不光要有外科，要有內(nèi)科，對關(guān)鍵工藝要開處方這樣一個醫(yī)院。我們說材料的功率、容量、安全與它內(nèi)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(nèi)部電化學(xué)系統(tǒng)局部破壞和整個系統(tǒng)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膜如何形成長大的，也可以用各種各樣的化學(xué)分析手法，來測量鋰是怎么變化的，可以測SEI是有機的還是無機的，知道電池的衰老是與有機有關(guān)還是跟無機有關(guān)。容量也與局部的電化學(xué)系統(tǒng)破壞有關(guān)，比如SEI膜表面會導(dǎo)電，這是短路破壞的地方。我們做安全性，電池在著火之前，與正極的熱分解是有關(guān)系的。可以通過各種各樣的熱分析手法來測它的正極分解時的溫度是多少，產(chǎn)生的熱量是多少。如果真的做電池的時候能掌握到這個地步，應(yīng)該不存在安全問題。我們可以測經(jīng)過SEI以后，剩下來的鋰量是多少，決定電池安全性是多少。如果做一個很好的電池，電池SEI應(yīng)該是安定的，絕對不會發(fā)生任何的安全問題。
我回來以后會做一個非常重要的事，做一個公共服務(wù)平臺，希望它是能夠產(chǎn)業(yè)化的、商業(yè)化的，能夠為整個中國的電池廠家或者是汽車廠家、整車廠來提供這樣的服務(wù)。當然，在這個平臺上所有的分析應(yīng)該是會大氣暴露的，并且能夠了解真正的電池組健康狀態(tài)是什么樣的。當然我們也會開發(fā)很多新的設(shè)備，二次開發(fā)新的設(shè)備，會做很多各種各樣的工藝老化壽命的分析，給出提案。這個平臺也會做全固體的鋰離子電池，我們知道在日本最紅的是硫化物，我們也會對硫化物做很多的開發(fā)。第一個是化學(xué)穩(wěn)定性，第二是界面的電阻、電抗的問題，第三個是它還沒有生產(chǎn)工藝，要開發(fā)新的生產(chǎn)工藝。
全固體鋰電池最主要的問題，我說了很多，要降低界面的電阻，我們要開發(fā)新的非大氣暴露的界面構(gòu)造和物性分析的方法，做實際工作中的觀察。比如在充放電的時候，能看見它里面的壓力是多大，裂縫是如何產(chǎn)生的。做到現(xiàn)場開發(fā)、材料研究和理論計算同時進行，能加快開發(fā)的速度和降低開發(fā)的成本。
第三個是開發(fā)燃料電池的關(guān)鍵材料，現(xiàn)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。
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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