同济大学教授叶际平：电池安全性/寿命的智能型预测与新型固体电池的开发

中国电动汽车百人会论坛（2018）于1月20-21日在北京钓鱼台国宾馆召开。本届论坛的主题为“把握全球变革趋势 实现高质量发展”，论坛延续了“闭门会+高层论坛+主题峰会”的主要框架，中国创新创业大赛第三届国际新能源及智能汽车大赛全球总决赛也在会议期间举行。能见App全程直播本次大会。

同济大学教授叶际平出席“优化电池产业链 助力电动汽车普及化”主题峰会并发表了题为“电池安全性/寿命的智能型预测与新型固体电池的开发”的主旨演讲。

以下为发言内容：

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，有的实验是想理解它的机理是什么，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，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、有效锂量的降低、内部电化学系统局部破坏和整个系统破坏是有密切关系的。比如容量与有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。

（根据发言整理，未经本人审阅）