從技術上確保動力電池安全

葉際平

車載動力電池的分析解析技術，主要用于電池安全性、壽命智能型預測與新型固體電池的開發。

BMS對電池組主要采用主動控制的方法，而電池里面的材料不會反映到BMS上面。它不會像人體一樣，有大腦、有神經、有器官，BMS對電池組的控制缺乏具體的數據支持，因此，電池有時候處于過度保護或處于保護不足的狀態。

固態電池技術的研究和開發大概有四個階段，第一是研究，基礎研究、要素研究；第二是開發，系統性開發、功能性開發；第三是工藝，也就是做工程；第四是要做成商業化，包括商業模式、標準技術、市場戰略。

如果要從一個設計轉到另一個設計，就要產品做到功能化、商品化和產業化，在轉化的過程中有很多難題。并且，在產品開發和最終供應階段，也存在很多的技術難題，我們要做很多性能實驗、耐久實驗，但這還是遠遠不夠的。因此，要做很多材料分析和解析，用技術分析和解析打開技術難題。

電池材料也是有基因的，材料基因就是它的材料工藝，它決定了材料先天的體質，電池材料是一致還是不一致，和它的壽命有很大關系。目前，BMS通過主動控制材料來控制電池，如果能夠知道電池的先天體質，就可以均衡控制材料，來優化整個BMS系統。

那么，什么是材料解析？基本有兩個解析的方法，一個是用光束，用普通的電子束或者離子束，就能夠得到材料各種微觀的形貌、微觀結構、組成、晶體結構、化學狀態等，可以用納米物性了解各種材料本質的差異存在哪些方面。通過這些差異可以知道材料先天的本質，才能做出一個好的電池來。

我認為，目前，國內應該建立一個材料工藝電池pack的公共服務平臺。比如說，就像開醫院，不僅要有外科，還要有內科，對關鍵工藝要開處方這樣一個醫院。因為材料的功率、容量、安全與它內部各種各樣的因素是有關系的，比如，鋰的遷移速率、有效鋰量的降低、內部電化學系統局部破壞和整個系統破壞與材料是有密切關系的。還有，電池容量與有效鋰電的量關系也是非常大的。比如，負極材料產生的SEI膜，和電池壽命、安全性有很大關系。因此，我們要去看各種各樣電池的SEI膜如何形成的，也可以用各種各樣的化學分析手法，來測量鋰是怎么變化的，從而可以測出SEI是有機的還是無機的，知道電池的衰老是與有機有關還是與無機有關。電池的容量也與局部的電化學系統破壞有關，比如SEI膜表面會導電，這是短路破壞的地方。我們來分析電池的安全性，比如，電池在著火之前，與正極的熱分解是有關系的。這樣，就可以通過各種各樣的熱分析手法來測電池在正極分解時的溫度是多少，產生的熱量是多少。如果做電池能夠達到這個地步，就不會存在安全問題。我們可以在測過SEIVA后，就知道剩下來的鋰量是多少，來把握電池的安全性。一個安全性很高的電池，電池SEI應該是安定的，如果SEI是安定的，電池就絕對不會發生任何的安全問題。

目前，我正在做的一個非常重要的事，就是前面提到的建立一個材料工藝電池pack的公共服務平臺，希望它能夠實現產業化和商業化，能夠為整個中國的電池廠家或者汽車廠家、整車廠來提供這樣的服務。在這個平臺上，所有的分析數據應該是公開的，并且能夠了解真正的電池組健康狀態是什么樣的。同時，我們也會開發很多新的設備，做很多各種各樣的工藝老化壽命的分析，并且給出相應的提案。這個平臺也會做全固體的鋰離子電池，目前，在日本最受追捧的是硫化物，我們也會對硫化物做很多的研究和開發。因為硫化物第一是化學穩定性，第=是界面的電阻和電抗較低，第三是能夠開發新的生產工藝。

全固體鋰電池最主要的問題，就是要降低界面的電阻。如果要開發新的界面構造和研究物性分析的方法，就要在實際工作中的進行觀察。比如在充放電的時候，能看見它里面的壓力是多大，裂縫是如何產生的。如果能夠做到現場開發、材料研究和理論計算同時進行，就能加快開發的速度和降低開發的成本。最后，要提高燃料電池的關鍵材料的能量密度，現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6 Kw/L以上。

（本文根據作者在“2018中國電動汽車百人會論壇”上的演講整理，未經本人確認。）