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上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

时间:  2019-09-30 21:34   来源:  汽车总站    作者:  Summer

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2019年9月25日,以“科技长三角 共享新未来”为主题的第二届长三角科技成果交易博览会在上海汽车会展中心开幕。活动旨在打造长三角成为创新技术策源地、创新要素集散地、创新成果转化地,扩大科技“朋友圈”,演绎创新“实力秀”。会上举办了2019电动汽车安全管理技术论坛。论坛上,同济大学教授,上海智能新能源汽车科创功能平台有限公司电池材料领域首席专家,前日产分析研究中心株式会社CTO叶际平发表了主题演讲,以下为演讲实录:

上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

今天非常高兴在这里和大家交流,题目已经说了,热失控。热失控和安全这个词,回国之前我已经听说了,这个事在日本不是很大的事,回来变成了一件非常大的事。我讲的内容也不算很新的东西,也不算旧,可能比较新吧。

今天要说的是三个内容,首先想说不合时宜的真相和电池安全性的本质,第二个方面讲一下这半年一年我做了一些什么动作,最后宣传一下我们平台。

首先要说什么东西,说一些大家不想看也不愿意做的事情,也不会去讨论,也不会想花这个钱的事情。

我总结了一下有四个东西要讲:

1.通过国家或者通过公告实验,并不表示这个电池是安全的,这是两回事情。

上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

2.BMS不可能知道电池内部的变化,通过BMS控制电池是不可能的。

上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

3.高比能化可以,但是越高比能等于装个炸弹,材料放射越大越危险。

上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

4.越高比能,生产一致性就很差,越做不上去。

上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

不管有什么事件,到最后还是烧电池。所以说我们国内有很多的国标,有很多公告实验,我们可以做各种各样安全、机械、环境、耐久,做各种实验,对电池对BMS对电池组都可以做实验,有这种能力,但是通过这个东西可以解决后面那些问题吗?解决不了。只是说这个电池可以?还是不可以?做这些实验没做到材料是怎么回事,电池组合起来,作为一个电池过不过关。我们缺乏实际用户实际应用的安全分析,电池材料内部分析没有做,这是两回事。

所以,我们说BMS,可以直接控制电芯和电池包,但是BMS里面没有任何材料信号在里面,不可能像人脑一样,你可以感觉到冷暖自知,有反馈,没有反馈,电池做不好的话没办法控制。所以我们说到高比能,高比能越大,电极材料用高镍高硅的话,分解温度会变得非常低,一旦和电解液反映的话热量非常大,这是非常难控制的事情。如果不做这些实验,很难控制汽车不被烧,国内几乎没有做高比能电池材料的热分析、热反应数据。

所以,我们说为什么工艺很复杂,因为安全因素有很多。从材料,热化学反应的稳定性如何,电极做的不均也是一个问题,快充快放的时候都是问题,但是高比能电池用高比能材料问题更大。而且这些问题不是发生在做车的时候,在选材一直做成电池,最后做成量产,全是会发生这些问题。

所以说我们缺乏一个能够保证生产工艺和上市以后售后服务质量保证体系,和材料工程是不相关的。

比如说高镍,过充过放很不稳定,很容易溢出,很容易跑出来,很容易和电解液反应,就是这样很简单的事大家不测不看就不行,光看电极材料不行,做成电池以后,跑了几年以后要去看一下这件事情,大家都不看。

上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

接下来说两个实验,这个东西在国外是一定要做的,国内好像很少有人做,因为我们也不太忙着这里,几乎没做。你选了电极材料以后,一定要做一个DSC,高比能化一定有一个热分解,DSC第一个就是热分解温度,高比能化温度就会下降,或者说和电解液氧化反应的放热,这也是给我们带来安全性隐患非常大的问题。

上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

所以说在选高比能材料的时候或者说选做过充过放实验的时候,要看这一点如何,或者说已经在车上用电池的时候,再看电池到底怎么样,都要看这些数据如何,符合不符合安全条件。

这是一定要做的,做什么呢?用高比能电池,锂的进出会很大,锂离子一定会移动量很大,在某种情况下很容易吸附在负极上,可以变成金属锂,金属锂本来反应活性很大,同时可以造成内部短路,非常危险。

电池在测的时候,一定是在完全放电以后,负极上的表面锂量是非常重要的。这是一个MR设备,有各种各样的MR,当时我们在美国、英国做的时候,为了找这个机器,因为没有测试中心可以做这个实验,找了大学以及很多地方,很多大学都做不了。当时这些都是生产线,每个都要打开,去看到底怎么做的,这两个实验是非常基本的。

接下来说一下最近做的事情,要看电池好坏要综合评价,要看比能如何,看容量,看老化如何,有多少寿命,也要看温度如何,什么温度会预警,反应热里面,集中材料的热分解温度如何,如果很低的话很容易出事。还有就是分解以后产生氧和电解液反应产生热量如何。

我们选了三款电池,现在国内市场也可以卖到,都是高镍,90%的镍,都含Silicon。我们做了这些实验,做这些实验之后,我们给了一个算法做了一个综合电池评价回顾,你可以看见“P电池”是2.6,“L电池”是21,为什么2.6这么低,因为循环次数之后就衰减10%,这是在一系列的情况下。比较大电流再充。再看“L电池”,综合比较好,因为在一些情况下不容易衰减,温度也比较高,所以整个材料的发热量比较低,综合比较。只有“S电池”有一个非常好的平衡,数字也不错。“P电池”非常好,时间关系我们不说了,正负极基本上没有什么很大变化,非常稳定,衰减非常有特征,对于这款电池来说,总的来说安全性比较好,但是比较容易衰减,如果要大电量充放的话对电池影响很大。

上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

我们看“S电池”也是比较稳定的,总的来说比较稳定,变化还是比较大的,主要是在SiO周围产生的,电解液很容易进入发生反应。总的来说还是不错的。“L电池”本来变化很大,变化很大的主要原因是负极的放热量从104到340翻了三倍,电解液很容易反应,不光容易和碳反应,而且容易和SiO反应,造成了发热量扩大了三倍。对于这款电池,要注意一旦老化之后很容易不安全,就是因为负极的原因。“L电池”有一个特征,性能特别好,一旦出事之后,爆炸非常强,变成粉末,一旦一个垫支不行了,整个包就不行了。

说一下我们现在的能力,我们已经做了一个非大气暴露测试线,因为锂电池活性非常大,正常在空气当中分析,测试数据和实际电池相差太远,不能做。所以一定要做非大气暴露,我们不光给数据,也给数据分析,也会给一些方法如何解决。

上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

最主要这个平台为,现有第三方测试平台,材料等没做的地方我们来做,是这样的。把现在没做的电化学特性和材料特性补上去。

上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

上创智新电池材料首席专家叶际平:高比能化背景下的电池热失控和安全评估

当然了我们刚才说到衰减也是一个大问题,在日本衰减是一个很大的问题,大家都往这边靠,将来也会做衰减这个方面。衰减有很多各种各样的因素,而且这些因素会发生在几乎所有的生产工艺和使用全部有关系,但是只是轻重不一样,要看的东西不一样。

所以我们平台会给出分析报告和方法,来解决这样一些问题。

大概就是这些内容,谢谢大家!
 

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